Electrochemical cells Questions in Gujarati

(B) વિદ્યુત રાસાયણિક કોષમાં, જે ઇલેક્ટ્રોડ પર રિડક્શન (reduction) થાય છે તેને કેથોડ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોન કેથોડ તરફ વહે છે, અને ગેલ્વેનિક કોષમાં તે સામાન્ય રીતે ધન ઇલેક્ટ્રોડ હોય છે. તેથી, કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે.

(A) જો પ્રમાણિત સેલ પોટેન્શિયલ $E^0_{cell} > 0$ હોય તો પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ હોય છે. સૂત્ર $E^0_{cell} = E^0_{cathode} - E^0_{anode}$ છે.
$(A)$ માટે: $Ca$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (એનોડ), $Cd^{2+}$ નું રિડક્શન થાય છે (કેથોડ). $E^0_{cell} = (-0.403) - (-2.866) = +2.463 \text{ V}$. $E^0_{cell} > 0$ હોવાથી, પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ છે.
$(B)$ માટે: $Br^-$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (એનોડ), $Sn^{2+}$ નું રિડક્શન થાય છે (કેથોડ). $E^0_{cell} = (-0.136) - (1.08) = -1.216 \text{ V}$. સ્વયંભૂ નથી.
$(C)$ માટે: $Ag$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (એનોડ), $Ni^{2+}$ નું રિડક્શન થાય છે (કેથોડ). $E^0_{cell} = (-0.257) - (0.799) = -1.056 \text{ V}$. સ્વયંભૂ નથી.
$(D)$ માટે: $Au$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (એનોડ), $Zn^{2+}$ નું રિડક્શન થાય છે (કેથોડ). $E^0_{cell} = (-0.763) - (1.68) = -2.443 \text{ V}$. સ્વયંભૂ નથી.
તેથી, વિકલ્પ $(A)$ સાચો છે.

(C) $1$. એનોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન (ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની પ્રક્રિયા) થાય છે.
$2$. વિકલ્પ $(A)$ માં, $F_2$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$3$. વિકલ્પ $(B)$ માં, $H^+$ અને $O_2$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$4$. વિકલ્પ $(C)$ માં, $Fe^{2+}$ એક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને $Fe^{3+}$ બનાવે છે, જે ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા છે.
$5$. વિકલ્પ $(D)$ માં, $Cu^{2+}$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$6$. તેથી, માત્ર પ્રક્રિયા $(C)$ ઓક્સિડેશન દર્શાવે છે અને તે એનોડ પર થઈ શકે છે.

(B) $1$. પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ $(SHE)$ નો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $E^0_{(H^+|H_2)} = 0.00 \text{ V}$ છે.
$2$. કેડમિયમ ઇલેક્ટ્રોડનો પ્રમાણિત રિડક્શન પોટેન્શિયલ $E^0_{(Cd^{2+}|Cd)} = -0.403 \text{ V}$ છે.
$3$. કારણ કે $E^0_{(H^+|H_2)} > E^0_{(Cd^{2+}|Cd)}$, હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ કેથોડ (રિડક્શન) તરીકે અને કેડમિયમ ઇલેક્ટ્રોડ એનોડ (ઓક્સિડેશન) તરીકે કાર્ય કરે છે.
$4$. એનોડ પ્રક્રિયા: $Cd(s) \rightarrow Cd^{2+}_{(aq)} + 2e^-$
$5$. કેથોડ પ્રક્રિયા: $2H^+_{(aq)} + 2e^- \rightarrow H_2(g)$
$6$. આ બંને અર્ધ-પ્રક્રિયાઓને ઉમેરતા ચોખ્ખી કોષ પ્રક્રિયા મળે છે: $Cd(s) + 2H^+_{(aq)} \rightarrow Cd^{2+}_{(aq)} + H_2(g)$.

(A) પગલું $1$: વોલ્ટેઇક સેલ (અથવા ગેલ્વેનિક સેલ) એ એક વિદ્યુત રાસાયણિક કોષ છે જે કોષની અંદર થતી સ્વયંભૂ રેડોક્સ પ્રતિક્રિયાઓમાંથી વિદ્યુત ઉર્જા મેળવે છે.
પગલું $2$: વોલ્ટેઇક સેલમાં, રાસાયણિક ઉર્જાનું વિદ્યુત ઉર્જામાં રૂપાંતર થાય છે.
પગલું $3$: પ્રણાલી મુજબ, એનોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે (ઋણ ટર્મિનલ) અને કેથોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં રિડક્શન થાય છે (ધન ટર્મિનલ).
પગલું $4$: તેથી, વિકલ્પ $A$ સાચું વિધાન છે.

(C) પગલું $1$: મર્ક્યુરી બેટરી એક પ્રાથમિક સેલ છે જેમાં $Zn$ એનોડ અને $HgO$ કેથોડનો ઉપયોગ થાય છે.
પગલું $2$: વપરાતું વિદ્યુત-વિભાજ્ય $KOH$ અને $ZnO$ ની પેસ્ટ છે, જે અત્યંત બેઝિક (આલ્કલાઇન) હોય છે, એસિડિક નહીં.
પગલું $3$: કેથોડ પરની સેલ પ્રક્રિયા $HgO(s) + H_2O(l) + 2e^- \rightarrow Hg(l) + 2OH^-(aq)$ છે, જેમાં $HgO$ નું $Hg$ માં રિડક્શન થાય છે.
પગલું $4$: વિદ્યુત-વિભાજ્ય બેઝિક હોવાથી, તે અત્યંત એસિડિક છે તેવું વિધાન ખોટું છે.

(C) લેડ સ્ટોરેજ બેટરીના ડિસ્ચાર્જ દરમિયાન, નીચે મુજબની રાસાયણિક પ્રક્રિયાઓ થાય છે:
એનોડ પર: $Pb(s) + SO_4^{2-}(aq) \rightarrow PbSO_4(s) + 2e^-$
કેથોડ પર: $PbO_2(s) + SO_4^{2-}(aq) + 4H^+(aq) + 2e^- \rightarrow PbSO_4(s) + 2H_2O(l)$
કુલ પ્રક્રિયા: $Pb(s) + PbO_2(s) + 2H_2SO_4(aq) \rightarrow 2PbSO_4(s) + 2H_2O(l)$
કુલ પ્રક્રિયા પરથી સ્પષ્ટ થાય છે કે બેટરી ડિસ્ચાર્જ થાય ત્યારે $H_2SO_4$ વપરાય છે.

(B) $H_2 - O_2$ ફ્યુઅલ સેલમાં, ઇલેક્ટ્રોડ ઉદ્દીપક (જેમ કે $Pt$ અથવા $Pd$) ધરાવતા છિદ્રાળુ કાર્બન સળિયાના બનેલા હોય છે.
આ ઇલેક્ટ્રોડને $KOH$ અથવા $NaOH$ ના ગરમ જલીય દ્રાવણમાં ડુબાડવામાં આવે છે, જે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી, સાચો વિકલ્પ $KOH$ છે.

(D) ગેલ્વેનિક કોષ તરીકે કાર્ય કરતા લેડ એક્યુમ્યુલેટરમાં, ધન ઇલેક્ટ્રોડ એ કેથોડ છે.
કેથોડ પર રિડક્શન પ્રક્રિયા છે: $PbO_2 + 4H^+ + SO_4^{2-} + 2e^- \rightarrow PbSO_4 + 2H_2O$।
$PbO_2$ માં, $Pb$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+4$ છે.
$PbSO_4$ માં, $Pb$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+2$ છે.
ઓક્સિડેશન આંકમાં ફેરફાર = $+2 - (+4) = -2$।
આમ, ઓક્સિડેશન આંકમાં $2$ નો ઘટાડો થાય છે.

(D) લેડ સ્ટોરેજ બેટરીને રિચાર્જ કરતી વખતે, સેલ એક વિદ્યુતવિભાજ્ય કોષ (electrolytic cell) તરીકે કાર્ય કરે છે.
કેથોડ પર (રિચાર્જિંગ દરમિયાન ઋણ ધ્રુવ), રિડક્શન પ્રક્રિયા થાય છે: $PbSO_4(s) + 2e^- \rightarrow Pb(s) + SO_4^{2-}(aq.)$.
એનોડ પર (રિચાર્જિંગ દરમિયાન ધન ધ્રુવ), ઓક્સિડેશન પ્રક્રિયા થાય છે: $PbSO_4(s) + 2H_2O(\ell) \rightarrow PbO_2(s) + SO_4^{2-}(aq.) + 4H^+(aq.) + 2e^-$.
તેથી, કેથોડ પર થતી પ્રક્રિયા $PbSO_4(s) + 2e^- \rightarrow Pb(s) + SO_4^{2-}(aq.)$ છે.

(C) $1$. ક્ષાર સેતુ એ $U$-આકારની નળી છે જેમાં જેલ સ્વરૂપે વિદ્યુત વિભાજ્ય (જેમ કે $KCl$ અથવા $KNO_3$) ભરેલું હોય છે.
$2$. તેનું મુખ્ય કાર્ય બંને અર્ધ-કોષોને આંતરિક રીતે જોડવાનું અને આયનોના સ્થળાંતરને મંજૂરી આપીને બંને અર્ધ-કોષોના દ્રાવણમાં વિદ્યુત તટસ્થતા જાળવી રાખવાનું છે.
$3$. તે વીજભારના સંચયને અટકાવે છે, જે અન્યથા ઇલેક્ટ્રોનનો પ્રવાહ અને પ્રક્રિયાને અટકાવી દેત.
$4$. તેથી, વિકલ્પ $C$ એ સાચું કાર્ય છે.

(B) ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલમાં, કેથોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં રિડક્શન (ઇલેક્ટ્રોન મેળવવાની પ્રક્રિયા) થાય છે.
ગેલ્વેનિક સેલમાં, કેથોડ ધન હોય છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલિટીક સેલમાં, કેથોડ ઋણ હોય છે.
તેથી, વિધાન 'કેથોડ પર રિડક્શન થાય છે' હંમેશા સાચું છે.

(C) $1$. એનોડ એ ઇલેક્ટ્રોડ છે જ્યાં ઓક્સિડેશન થાય છે.
$2$. ઓક્સિડેશન એટલે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની પ્રક્રિયા.
$3$. વિકલ્પ $(A)$ માં, $F_2$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$4$. વિકલ્પ $(B)$ માં, $H^+$ અને $O_2$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$5$. વિકલ્પ $(C)$ માં, $Fe^{2+}$ એક ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવીને $Fe^{3+}$ બનાવે છે, જે ઓક્સિડેશનની પ્રક્રિયા છે.
$6$. વિકલ્પ $(D)$ માં, $Cu^{2+}$ ઇલેક્ટ્રોન મેળવે છે (રિડક્શન).
$7$. તેથી, વિકલ્પ $(C)$ માં આપેલી પ્રક્રિયા જ માત્ર ઓક્સિડેશન દર્શાવે છે જે એનોડ પર થઈ શકે છે.

(B) પગલું $1$: પ્રમાણિત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ ઓળખો. પ્રમાણિત હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ $(SHE)$ માટે, $E^0(H^+|H_2) = 0.00 \text{ V}$ છે. કેડમિયમ ઇલેક્ટ્રોડ માટે, $E^0(Cd^{2+}|Cd) = -0.403 \text{ V}$ છે.
પગલું $2$: એનોડ અને કેથોડ નક્કી કરો. કારણ કે $E^0(Cd^{2+}|Cd) < E^0(H^+|H_2)$, કેડમિયમ ઇલેક્ટ્રોડ એનોડ (ઓક્સિડેશન) તરીકે અને હાઇડ્રોજન ઇલેક્ટ્રોડ કેથોડ (રિડક્શન) તરીકે કાર્ય કરે છે.
પગલું $3$: અર્ધ-પ્રક્રિયાઓ લખો. એનોડ: $Cd(s) \rightarrow Cd^{2+}(aq) + 2e^-$। કેથોડ: $2H^+(aq) + 2e^- \rightarrow H_2(g)$।
પગલું $4$: નેટ સેલ પ્રક્રિયા મેળવવા માટે અર્ધ-પ્રક્રિયાઓને જોડો: $Cd(s) + 2H^+(aq) \rightarrow Cd^{2+}(aq) + H_2(g)$।

(C) પગલું $1$: હેન્રીનો નિયમ જણાવે છે કે બાષ્પ અવસ્થામાં વાયુનું આંશિક દબાણ દ્રાવણમાં વાયુના મોલ અંશના સમપ્રમાણમાં હોય છે, જે $p = K_H x$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તેથી, $(a) \rightarrow (ii)$.
પગલું $2$: રાઉલ્ટનો નિયમ જણાવે છે કે બાષ્પશીલ પ્રવાહીઓના દ્રાવણ માટે, દરેક ઘટકનું આંશિક બાષ્પ દબાણ $p_1 = x_1 p_1^o$ હોય છે. તેથી, $(b) \rightarrow (i)$.
પગલું $3$: ઉષ્માગતિશાસ્ત્રનો પ્રથમ નિયમ જણાવે છે કે આંતરિક ઉર્જામાં ફેરફાર એ ઉષ્મા અને કાર્યનો સરવાળો છે, જે $\Delta U = q + w$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તેથી, $(c) \rightarrow (iv)$.
પગલું $4$: આયનોના સ્વતંત્ર સ્થળાંતરનો કોલરાઉસનો નિયમ જણાવે છે કે વિદ્યુતવિભાજ્યની સીમાંત મોલર વાહકતા તેના આયનોના વ્યક્તિગત યોગદાનનો સરવાળો છે, જે $\Lambda_m^o = \nu_+ \lambda_+^o + \nu_- \lambda_-^o$ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે. તેથી, $(d) \rightarrow (iii)$.
નિષ્કર્ષ: સાચું જોડાણ $a – ii, b – i, c – iv, d – iii$ છે.