Mix Examples-Electrochemistry Questions in Hindi

(A) यदि किसी धातु का मानक अपचयन विभव $H^{+}/H_2$ $(0.0 \ V)$ से कम है,तो वह अम्ल से $H_2$ गैस मुक्त कर सकती है।
$I$. $Zn$ $(E^{\circ} = -0.76 \ V)$,$HCl$ के साथ अभिक्रिया करके $H_2$ गैस मुक्त करता है क्योंकि $-0.76 \ V < 0.0 \ V$ है।
$II$. $Cu$ $(E^{\circ} = 0.34 \ V)$,$HCl$ के साथ अभिक्रिया नहीं करता है क्योंकि इसका अपचयन विभव $0.0 \ V$ से अधिक है।
$III$. $Cu$,$HNO_3$ के साथ अभिक्रिया करके $H_2$ के बजाय $NO$ गैस उत्पन्न करता है क्योंकि $NO_3^{-}$ एक प्रबल ऑक्सीकारक है।
अतः,अभिक्रिया $II$ और $III$ $H_{2(g)}$ मुक्त नहीं करती हैं।

(B) जिस पदार्थ का मानक अपचयन विभव कम (अधिक ऋणात्मक) होता है,वह एक प्रबल अपचायक के रूप में कार्य करता है। इसके विपरीत,जिसका अपचयन विभव अधिक (अधिक धनात्मक) होता है,वह एक प्रबल ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।

$Zn^{2+}/Zn$	$-0.76 \ V$
$2H^{+}/H_2$	$0.00 \ V$
$Cu^{2+}/Cu$	$0.34 \ V$
$NO_3^{-}, H^{+}/NO$	$0.97 \ V$

$I.$ चूंकि $E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} (0.34 \ V) > E^{\circ}_{2H^{+}/H_2} (0.0 \ V)$,इसलिए $H^{+}$,$Cu$ को $Cu^{2+}$ में ऑक्सीकृत नहीं कर सकता। कथन $I$ सही है।
$II.$ चूंकि $E^{\circ}_{Zn^{2+}/Zn} (-0.76 \ V) < E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} (0.34 \ V)$,इसलिए $Zn$ एक प्रबल अपचायक है और $Cu^{2+}$ को $Cu$ में अपचयित कर सकता है। कथन $II$ सही है।
$III.$ चूंकि $E^{\circ}_{NO_3^{-}, H^{+}/NO} (0.97 \ V) > E^{\circ}_{Cu^{2+}/Cu} (0.34 \ V)$,इसलिए $NO_3^{-}$,$Cu$ को $Cu^{2+}$ में ऑक्सीकृत कर सकता है। कथन $III$ सही है।
अतः,सभी कथन $I, II$ और $III$ सही हैं।

(B) दिया गया है: $n = 2$,$T = 300 \ K$,$E^{\circ} = 1.0 \ V$,$\Delta_{r}H^{\circ} = -163 \ kJ \ mol^{-1}$.
$\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}$ संबंध का उपयोग करने पर:
$\Delta G^{\circ} = -2 \times 96500 \times 1.0 \ J \ mol^{-1} = -193000 \ J \ mol^{-1} = -193 \ kJ \ mol^{-1}$.
हम जानते हैं कि $\Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ}$.
$\Delta S^{\circ}$ के लिए सूत्र: $\Delta S^{\circ} = \frac{\Delta H^{\circ} - \Delta G^{\circ}}{T}$.
मान रखने पर: $\Delta S^{\circ} = \frac{-163 - (-193)}{300} \ kJ \ K^{-1} \ mol^{-1} = \frac{30}{300} \ kJ \ K^{-1} \ mol^{-1} = 0.1 \ kJ \ K^{-1} \ mol^{-1}$.
$J \ K^{-1} \ mol^{-1}$ में बदलने पर: $\Delta S^{\circ} = 0.1 \times 1000 \ J \ K^{-1} \ mol^{-1} = 100 \ J \ K^{-1} \ mol^{-1}$.

(A) दिया गया है: $\Delta_r S^{\circ} = 100 \ J \ K^{-1} \ mol^{-1}$,$E_{cell}^{\circ} = 1.0 \ V$,$n = 2$,$T = 300 \ K$,$F = 96500 \ C \ mol^{-1}$.
संबंध $\Delta G^{\circ} = -nFE_{cell}^{\circ}$ का उपयोग करने पर:
$\Delta G^{\circ} = -2 \times 96500 \times 1 = -193000 \ J \ mol^{-1} = -193 \ kJ \ mol^{-1}$.
गिब्स-हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण का उपयोग करने पर: $\Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ}$.
$\Delta H^{\circ} = \Delta G^{\circ} + T\Delta S^{\circ}$.
$\Delta H^{\circ} = -193 \ kJ \ mol^{-1} + (300 \ K \times 100 \ J \ K^{-1} \ mol^{-1}) / 1000$.
$\Delta H^{\circ} = -193 \ kJ \ mol^{-1} + 30 \ kJ \ mol^{-1} = -163 \ kJ \ mol^{-1}$.

(NONE) विद्युत रासायनिक तुल्यांक $(Z)$ को $w = Z \cdot I \cdot t$ संबंध द्वारा परिभाषित किया जाता है,जहाँ $w$ ग्राम में द्रव्यमान है,$I$ एम्पीयर में धारा है और $t$ सेकंड में समय है।
चूँकि $1 \ Coulomb = 1 \ Ampere \cdot 1 \ second$,इसलिए $Z$ की इकाई $g/Coulomb$ है।
दिए गए सभी कथन $A$,$B$,$C$ और $D$ वैज्ञानिक रूप से सही हैं।

(A) सही मिलान इस प्रकार है:
$A$. लेक्लांशे सेल: एनोड अभिक्रिया $Zn \longrightarrow Zn^{2+} + 2e^{-}$ है। अतः,$A-3$.
$B$. ईंधन सेल: यह ईंधन के दहन की ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। अतः,$B-1$.
$C$. Ni-Cd सेल: यह एक रिचार्जेबल (द्वितीयक) सेल है। अतः,$C-2$.
इसलिए,सही क्रम $A-3, B-1, C-2$ है।

(D) सबसे पहले,मेथेनोइक अम्ल $(HCOOH)$ की सीमांत मोलर चालकता की गणना करें:
$\Lambda_{m}^{\circ}(HCOOH) = \lambda_{H^{+}}^0 + \lambda_{HCOO^{-}}^0 = 349.6 + 54.6 = 404.2 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$
इसके बाद,वियोजन की मात्रा $(\alpha)$ की गणना करें:
$\alpha = \frac{\Lambda_{m}}{\Lambda_{m}^0} = \frac{40.42}{404.2} = 0.1$
अंत में,वियोजन स्थिरांक $(K_{a})$ की गणना करें:
$K_{a} = \frac{C\alpha^2}{1-\alpha} = \frac{0.027 \times (0.1)^2}{1-0.1} = \frac{0.00027}{0.9} = 3.0 \times 10^{-4}$

(B) दिया गया है: सेल स्थिरांक $(G^*)$ = $0.5 \ cm^{-1}$,चालकता $(G)$ = $3.12 \times 10^{-4} \ S$,सांद्रता $(C)$ = $0.01 \ M$.
$\text{चालकता } (\kappa) = G \times G^* = 3.12 \times 10^{-4} \ S \times 0.5 \ cm^{-1} = 1.56 \times 10^{-4} \ S \ cm^{-1}$.
$\text{मोलर चालकता } (\Lambda_m) = \frac{\kappa \times 1000}{C} = \frac{1.56 \times 10^{-4} \times 1000}{0.01} = 15.6 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$.
$\text{सीमांत मोलर चालकता } (\Lambda_m^\circ) = \lambda_m^\circ(H^+) + \lambda_m^\circ(CH_3COO^-) = 349 + 41 = 390 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$.
$\text{वियोजन की मात्रा } (\alpha) = \frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^\circ} = \frac{15.6}{390} = 0.04$.
$\text{वियोजन स्थिरांक } (K_a) = \frac{C \alpha^2}{1 - \alpha} = \frac{0.01 \times (0.04)^2}{1 - 0.04} = \frac{0.01 \times 0.0016}{0.96} = \frac{1.6 \times 10^{-5}}{0.96} \approx 1.67 \times 10^{-5}$.

(A) कोलराउस के नियम के अनुसार एसिटिक अम्ल के लिए अनंत तनुता पर मोलर चालकता: $\Lambda_m^0(CH_3COOH) = \lambda_m^0(H^+) + \lambda_m^0(CH_3COO^-) = 349 + 41 = 390 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$.
वियोजन की मात्रा $\alpha = \frac{\Lambda_m^c}{\Lambda_m^0} = \frac{7.8}{390} = 0.02$.
वियोजन स्थिरांक $K_a = \frac{c \alpha^2}{1 - \alpha}$.
यहाँ $c = 0.04 \ M$ है,इसलिए $K_a = \frac{0.04 \times (0.02)^2}{1 - 0.02} = \frac{0.04 \times 0.0004}{0.98} = \frac{0.000016}{0.98} \approx 1.63 \times 10^{-5}$.

(C) $CH_3COOH$ के मोल $= 0.2 \text{ M} \times 0.1 \text{ L} = 0.02 \text{ mol}$.
चूंकि $CH_3COOH$ को $NaOH$ द्वारा पूर्णतः उदासीन किया जाता है, इसलिए बने $CH_3COONa$ के मोल $= 0.02 \text{ mol}$.
कोल्बे की विद्युत अपघटन अभिक्रिया के अनुसार:
$2CH_3COONa + 2H_2O \rightarrow CH_3-CH_3 + 2CO_2 + H_2 + 2NaOH$.
स्टोइकोमेट्री के अनुसार, $2 \text{ मोल}$ $CH_3COONa$ से $1 \text{ मोल}$ इथेन $(C_2H_6)$ प्राप्त होता है।
$C_2H_6$ के मोल $= \frac{0.02}{2} = 0.01 \text{ mol}$.
$STP$ पर $C_2H_6$ का आयतन $= 0.01 \text{ mol} \times 22.4 \text{ L/mol} = 0.224 \text{ L}$.

(C) मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G^{\circ})$ की गणना इस सूत्र द्वारा की जाती है: $\Delta G^{\circ} = -2.303 RT \log K_C$।
दिया गया है: $R = 8.314 \ J \ mol^{-1} \ K^{-1}$,$T = 298 \ K$,और $K_C = 10^{12}$।
मान रखने पर: $\Delta G^{\circ} = -2.303 \times 8.314 \times 298 \times \log(10^{12})$।
$\Delta G^{\circ} = -2.303 \times 8.314 \times 298 \times 12$।
$\Delta G^{\circ} = -68,470.18 \ J \ mol^{-1} = -68.47 \ kJ \ mol^{-1}$।

(B) वियोजन की मात्रा $\alpha$ सूत्र $\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}}$ द्वारा दी जाती है।
दिया है $K_a = 1.8 \times 10^{-5}$ और $C = 0.01 \ M = 10^{-2} \ M$.
$\alpha = \sqrt{\frac{1.8 \times 10^{-5}}{10^{-2}}} = \sqrt{1.8 \times 10^{-3}} = \sqrt{18 \times 10^{-4}} = 4.24 \times 10^{-2} = 0.0424$.
मोलर चालकता $\Lambda_m$ और अनंत तनुता पर मोलर चालकता $\Lambda_m^\circ$ के बीच संबंध $\Lambda_m = \alpha \times \Lambda_m^\circ$ है।
$\Lambda_m = 0.0424 \times 390 \ S \ cm^2 \ mol^{-1} = 16.536 \ S \ cm^2 \ mol^{-1} \approx 16.54 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$.

(C) हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए,$E = -0.0591 \times pH = -0.591 \ V$। अतः,कथन $(A)$ सही है।
$(B)$ $\Lambda^{\circ}_{m}(CaCl_2) = \Lambda^{\circ}_{m}(Ca^{2+}) + 2 \times \Lambda^{\circ}_{m}(Cl^{-}) = 119 + 2(76) = 271 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$। चूँकि $271 \neq 195$,इसलिए कथन $(B)$ गलत है।
$(C)$ साम्यावस्था पर नर्नस्ट समीकरण $E_{cell} = 0$ होता है,जिससे $E_{cell}^{0} = \frac{2.303 RT}{nF} \log K_{c}$ प्राप्त होता है। अतः,कथन $(C)$ सही है।
इसलिए,कथन $(A)$ और $(C)$ सही हैं।

(B) सेल अभिक्रिया है: $A_{(s)} + B^{+}_{(aq)} \rightleftharpoons A^{+}_{(aq)} + B_{(s)}$
यहाँ,$A$ का $A^{+}$ में ऑक्सीकरण होता है $(n=1)$ और $B^{+}$ का $B$ में अपचयन होता है।
$E^{\circ}_{cell} = E^{\circ}_{cathode} - E^{\circ}_{anode} = E^{\circ}_{B^{+}/B} - E^{\circ}_{A^{+}/A} = 0.5 - (-0.5) = 1.0 \ V$
संबंध का उपयोग करते हुए: $E^{\circ}_{cell} = \frac{0.06}{n} \log K_C$
मान रखने पर: $1.0 = \frac{0.06}{1} \log K_C$
अतः,$\log K_C = \frac{1.0}{0.06} = \frac{100}{6}$

(B) दिए गए लैटिमर आरेख के अनुसार:
$BrO_3^{-}$ $\xrightarrow{E_1^{\circ}} BrO^{-}$ $\xrightarrow{0.45 \ V} \frac{1}{2} Br_2$ $\xrightarrow{1.07 \ V} Br^{-}$
और कुल विभव $BrO_3^{-} \rightarrow Br^{-}$ के लिए $0.61 \ V$ है।
हम $\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}$ संबंध का उपयोग करते हैं।
कुल अभिक्रिया $BrO_3^{-} \rightarrow Br^{-}$ के लिए:
$n = 6$,इसलिए $\Delta G_{total}^{\circ} = -6F(0.61 \ V) = -3.66F$.
व्यक्तिगत चरणों के लिए:
$1$. $BrO_3^{-} \rightarrow BrO^{-}$: $n = 4$,$\Delta G_1^{\circ} = -4FE_1^{\circ}$.
$2$. $BrO^{-} \rightarrow \frac{1}{2} Br_2$: $n = 1$,$\Delta G_2^{\circ} = -1F(0.45 \ V) = -0.45F$.
$3$. $\frac{1}{2} Br_2 \rightarrow Br^{-}$: $n = 1$,$\Delta G_3^{\circ} = -1F(1.07 \ V) = -1.07F$.
$\Delta G^{\circ}$ मानों को जोड़ने पर:
$-3.66F = -4FE_1^{\circ} - 0.45F - 1.07F$
$-3.66 = -4E_1^{\circ} - 1.52$
$4E_1^{\circ} = 3.66 - 1.52$
$4E_1^{\circ} = 2.14$
$E_1^{\circ} = \frac{2.14}{4} = 0.535 \ V$.

(C) हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए: $E = E^0 - 0.0591 \ pH = 0 - 0.0591 \times 10 = -0.591 \ V$। अतः,$A-III$।
$(B)$ $Cu^{2+}|Cu$ का मानक अपचयन विभव $0.337 \ V$ है। अतः,$B-IV$।
$(C)$ $Zn|Zn^{2+}$ का मानक ऑक्सीकरण विभव $0.76 \ V$ है। अतः,$C-I$।
$(D)$ $298 \ K$ पर $\frac{2.303RT}{F}$ का मान $0.059$ है। अतः,$D-II$।
सही मिलान $A-III, B-IV, C-I, D-II$ है,जो विकल्प $(c)$ में है।

(B) विद्युत रासायनिक तुल्यांक $(Z)$ की इकाई $g/Coulomb$ है।
फैराडे के नियम के अनुसार,$w = Z \cdot I \cdot t$।
इसलिए,$Z = \frac{w}{I \cdot t}$,जिसकी इकाई $g/Coulomb$ होती है।
अतः,विकल्प $B$ में दिया गया कथन गलत है क्योंकि इसमें इकाई $g \cdot Coulomb$ दी गई है।

(B) वियोजन की मात्रा $(\alpha)$ का सूत्र है: $\alpha = \frac{\Lambda_m}{\Lambda_m^\circ}$
सबसे पहले,मोलर चालकता $(\Lambda_m)$ की गणना करें: $\Lambda_m = \frac{\kappa \times 1000}{C}$
दिया गया है: $\kappa = 19.5 \times 10^{-5} \ S \ cm^{-1}$ और $C = 0.01 \ mol \ L^{-1}$
$\Lambda_m = \frac{19.5 \times 10^{-5} \times 1000}{0.01} = 19.5 \ S \ cm^2 \ mol^{-1}$
अब,$\alpha$ की गणना करें:
$\alpha = \frac{19.5}{390} = 0.05 = 5.0 \times 10^{-2}$

(A) $1$. अनंत तनुता पर $BaSO_4$ की मोलर चालकता $\Lambda_m^\circ (BaSO_4) = \Lambda_m^\circ(Ba^{2+}) + \Lambda_m^\circ(SO_4^{2-})$ है।
कोलराउस के नियम का उपयोग करते हुए:
$\Lambda_m^\circ(BaSO_4) = \Lambda_m^\circ(BaCl_2) + \Lambda_m^\circ(H_2SO_4) - 2\Lambda_m^\circ(HCl) = x_1 + x_2 - 2x_3$.
$2$. विलेयता $S$ ($\text{mol L}^{-1}$ में) इस प्रकार है: $S = \frac{1000 \cdot x}{\Lambda_m^\circ} = \frac{1000 \cdot x}{x_1 + x_2 - 2x_3}$.
$3$. $BaSO_4 \rightleftharpoons Ba^{2+} + SO_4^{2-}$ के लिए विलेयता गुणनफल $K_{sp} = S^2$ होता है।
$S$ का मान रखने पर:
$K_{sp} = \left(\frac{1000 x}{x_1 + x_2 - 2x_3}\right)^2 = \frac{10^6 x^2}{(x_1 + x_2 - 2x_3)^2}$.

(A) कुल सेल अभिक्रिया दूसरी अभिक्रिया में से पहली अभिक्रिया को घटाकर प्राप्त की जाती है (दूसरी अभिक्रिया को $3$ से गुणा करने पर):
$3 \times (\frac{1}{2}O_2 + 2H^+ + 2e^- \rightarrow H_2O) \implies 1.5O_2 + 6H^+ + 6e^- \rightarrow 3H_2O$ $(E^{\ominus} = 1.23 \text{ V})$
$CH_3OH + H_2O \rightarrow CO_2 + 6H^+ + 6e^-$ $(E^{\ominus} = -0.02 \text{ V})$
इन्हें जोड़ने पर: $CH_3OH + 1.5O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
$E^{\ominus}_{cell} = 1.23 \text{ V} - 0.02 \text{ V} = 1.21 \text{ V}$.
स्थानांतरित इलेक्ट्रॉनों की संख्या,$n = 6$.
मानक गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन $\Delta G^{\ominus} = -nFE^{\ominus} = -6 \times 96500 \text{ C mol}^{-1} \times 1.21 \text{ V} = -700770 \text{ J mol}^{-1}$.
$80\%$ दक्षता पर सेल से प्राप्त कार्य $W = 0.8 \times |\Delta G^{\ominus}| = 0.8 \times 700770 \text{ J} = 560616 \text{ J}$.
स्थिर दबाव के विरुद्ध समतापीय संपीड़न में किया गया कार्य $W = P \Delta V$ है।
चूंकि $P = 1 \text{ kPa} = 1000 \text{ Pa}$,इसलिए $560616 = 1000 \times \Delta V$.
$\Delta V = 560.616 \text{ m}^3$.
निकटतम पूर्णांक में,$\Delta V = 561 \text{ m}^3$.