Electrolytic Cells and Electrolysis MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Electrolytic Cells and Electrolysis - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

जलीय NaCl के विद्युत अपघटन पर

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}_2 \mathrm{O}}{\longrightarrow} \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\)

कैथोड: \(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{I})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})\)

एनोड: \(\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{e}^{-}\)

समग्र अभिक्रिया:

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow\) \(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})+\frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})\)

अवधारणा :

मोलर चालकता (Λ m )

• मोलर चालकता 1 मोल विद्युत-अपघट्य युक्त विलयन की चालकता है और इसे S cm² mol⁻¹ के संदर्भ में व्यक्त किया जाता है।
• इसकी गणना निम्न सूत्र का उपयोग करके की जाती है:

  Λm = (1000 × κ) / C

  जहाँ:
  • Λ m = मोलर चालकता (S cm² mol⁻¹)
  • κ = चालकता (S cm⁻¹)
  • C = विलयन की सांद्रता (mol L⁻¹)

व्याख्या:

• विलयन का प्रतिरोध (R) 400 ओम दिया गया है, तथा सांद्रता (C) 5 × 10⁻³ mol L⁻¹ है।
• चालकता (κ) प्रतिरोध से निम्न सूत्र द्वारा संबंधित है:

  κ = 1 / R

• दिए गए प्रतिरोध को प्रतिस्थापित करें (R = 400 ओम):

  κ = 1/400 = 0.0025 S cm⁻¹

• अब सूत्र का उपयोग करके मोलर चालकता (Λ m ) की गणना करें:

  Λm = (1000 × κ) / C

  κ = 0.0025 S cm⁻¹ and C = 5 × 10⁻³ mol L⁻¹ प्रतिस्थापित करने पर:

  Λm = (1000 × 0.0025) / (5 × 10⁻³)

  Λm = 192.5 S cm² mol⁻¹

इसलिए, Na2SO4 की मोलर चालकता = 192.5 S cm² mol⁻¹

संकल्पना:

विद्युत अपघटन और गैस आयतन की गणना

• विद्युत अपघटन के दौरान, इलेक्ट्रोड पर निर्वहन पदार्थ की मात्रा फैराडे के नियमों द्वारा निर्धारित की जाती है।
• प्रवाहित इलेक्ट्रॉनों के मोलों की संख्या इस प्रकार दी जाती है:

  \(\text{Moles of electrons} = \frac{I \times t}{96500} \)

• STP पर उत्पन्न गैस का आयतन इस प्रकार गणना किया जा सकता है:

• \(\text{Volume of gas} = \text{moles of gas} \times 22.4 \text{ L}\)

व्याख्या:

• चरण 1: इलेक्ट्रॉनों के मोलों की गणना
  • दी गई धारा I = 20 A और समय t = 28950 s:
  • \(\text{Moles of electrons} = \frac{20 \times 28950}{96500} = 6 \text{ moles}\)
• चरण 2: एनोड पर निर्वहन का निर्धारण
  • Br- और Cl- में से, ब्रोमाइड का निर्वहन विभव कम होता है और यह पहले निर्वहन होता है।
  • 2M ब्रोमाइड विलयन के 2L में Br- के 4 मोल होते हैं, जो 2 मोल Br2 बनाने के लिए 4 मोल इलेक्ट्रॉन प्रदान करते हैं।
• चरण 3: शेष इलेक्ट्रॉन योगदान
  • शेष 2 मोल इलेक्ट्रॉन 1 मोल Cl2 बनाने के लिए Cl- के 2 मोल द्वारा आपूर्ति किए जाएंगे।
• चरण 4: आयतन गणना
  • Br₂ का आयतन = 2 x 22.4 = 44.8 L
  • Cl₂ का आयतन = 1 x 22.4 = 22.4 L

सही विकल्प: विकल्प 1: 44.8 L Br₂ और विकल्प 3: 22.4 L Cl₂

\( { \Delta G }_{ \text{cell reaction} }^{ 0 } = 2 (-130.79)-2(-109.56) = -42.46\text{kJ/mole} = -2f\times{ E }_{ \text{cell} }^{ 0 } \)

\( \therefore \quad { E }_{ \text{cell} }^{ 0 }=\dfrac { -42460 }{ -2\times 96500 } =+0.220\text{V} \)

अब \( E_{\text{cell}} = +0.220+\dfrac{0.059}{2}\log\dfrac{1}{(0.01)^4}=0.456 \text{V} = 456\text{mV} \)

सिद्धांत:

विशिष्ट चालकता (κ) और सेल स्थिरांक

• विशिष्ट चालकता (κ) किसी विलयन की विद्युत चालन करने की क्षमता है, और इसकी गणना सेल स्थिरांक और मापा गया प्रतिरोध (R) का उपयोग करके की जाती है।
• सेल स्थिरांक (G*): सेल स्थिरांक चालकता सेल का एक गुण है और इसे इलेक्ट्रोड के बीच की दूरी (l) और इलेक्ट्रोड के क्षेत्रफल (A) के अनुपात के रूप में परिभाषित किया गया है, अर्थात्, G* = l/A।
• विशिष्ट चालकता (κ), सेल स्थिरांक (G*), और प्रतिरोध (R) के बीच संबंध इस प्रकार दिया गया है:
  • κ = G* / R

गणना:

• चरण 1: KNO₃ के लिए दिए गए आंकड़ों का उपयोग करके सेल स्थिरांक (G*) की गणना करें।
  • हमें दिया गया है:
    • 0.2 M KNO₃ विलयन का प्रतिरोध = 50 Ω;
    • 0.2 M KNO₃ की विशिष्ट चालकता = 12.8 x 10^-3 S cm^-1
  • सेल स्थिरांक (G*) की गणना करने के लिए सूत्र का उपयोग करें:
    • κ(KNO₃) = G* / R(KNO₃)
    • G* के लिए हल करने के लिए पुनर्व्यवस्थित करें:
      • G* = κ(KNO₃) x R(KNO₃)
      • ज्ञात मानों को प्रतिस्थापित करें:
        • G* = 12.8 x 10^-3 S cm^-1 x 50 Ω;
        • G* = 0.64 cm^-1
• चरण 2: NaBr की विशिष्ट चालकता (κ) की गणना करें।
  • हमें 0.1 M NaBr का प्रतिरोध = 150 Ω दिया गया है, और हमने पहले ही सेल स्थिरांक (G*) = 0.64 cm^-1 की गणना कर ली है।
  • सूत्र का उपयोग करें:
    • κ(NaBr) = G* / R(NaBr)
  • ज्ञात मानों को प्रतिस्थापित करें:
    • κ(NaBr) = 0.64 cm^-1 / 150 Ω;
    • κ(NaBr) = 4.27 x 10^-3 S cm^-1
• चरण 3: NaBr की मोलर चालकता (Λ_m) की गणना करें।
  • अब हमारे पास NaBr की विशिष्ट चालकता (κ = 4.27 x 10^-3 S cm^-1) है, और NaBr की सांद्रता 0.1 M है।
  • मोलर चालकता सूत्र द्वारा दी गई है:
    • Λ_m = (κ x 1000) / C
  • मानों को प्रतिस्थापित करें:
    • κ = 4.27 x 10^-3 S cm^-1
    • C = 0.1 M
  • Λ_m = (4.27 x 10^-3 x 1000) / 0.1
  • Λ_m = 42.7 / 0.1
  • Λ_m = 427 S cm² mol^-1

निष्कर्ष:

• सही मोलर चालकता विकल्प 2) 427 S cm² mol⁻¹ के निकटतम है।

रेडोक्स परिवर्तन के लिए 

\(\mathrm{MnO}_4^{-} \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+}\)

n-कारक = 5

n_eq = nmol × n-कारक

= 1 × 5

= 5

फैराडे में आवश्यक आवेश = n_eq की संख्या

= 5 F

जलीय NaCl के विद्युत अपघटन पर

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}_2 \mathrm{O}}{\longrightarrow} \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\)

कैथोड: \(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{I})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})\)

एनोड: \(\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{e}^{-}\)

समग्र अभिक्रिया:

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow\) \(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})+\frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})\)

सही उत्तर विकल्प 1 अर्थात 'पारद सेल, प्राथमिक सेल का एक उदाहरण है।

संकल्पना:

प्राथमिक सेल: ये वे सेल हैं, जो केवल एक बार विद्युत रासायनिक अभिक्रिया से गुजरते हैं और बाद में इन्हें पुनःआवेशित या नवीनीकृत नहीं किया जा सकता है। चूँकि प्राथमिक सेल को केवल एक बार उपयोग करने और फिर फेंक देने के लिए बनाया गया है, इसलिए उन्हें निवर्तनीय बैटरी के रूप में भी जाना जाता है।

द्वितीयक सेल: विसर्जित या निर्वहन होने के बाद, इन सेल को पुनः भरा जा सकता है। यह इंगित करता है कि सेल के भीतर ऊर्जा उत्पन्न करने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ उत्क्रमणीय हैं।

व्याख्या:

• निकैल और कैडमियम के लिए संचायक सेल एक प्राथमिक सेल का एक उदाहरण है क्योंकि उन्हें पुनः आवेशित किया जा सकता है, निकैल-कैडमियम सेल वास्तव में द्वितीयक सेल हैं। परिणामस्वरूप, यह दावा असत्य है कि यह एक मुख्य सेल है।
• उत्क्रमणीय इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएँ मौजूद हैं। प्राथमिक सेल इस नियम का अपवाद हैं। प्राथमिक सेल सामान्यतः एक विशिष्ट उद्देश्य के लिए बनाई जाती हैं और उनके अंदर होने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ सामान्यतः अनुत्क्रमणीय होती हैं।

सही उत्तर विकल्प 3 है अर्थात Δ G ऋणात्मक है।

अवधारणा:

• सहज अभिक्रियाएँ: जब कोई अभिक्रिया किसी विशिष्ट स्थिति में बाह्य बल के हस्तक्षेप के बिना होती है, तो इसे सहज माना जाता है। ऑक्सीजन और पानी की उपस्थिति में लोहे में जंग लगना एक सहज अभिक्रिया का उदाहरण है।

• गिब्स मुक्त ऊर्जा (G) वह है जो प्रतिवर्ती कार्य की सबसे बड़ी मात्रा को व्यक्त करती है जिसे एक सिस्टम निरंतर दबाव और तापमान बनाए रखते हुए पूरा कर सकता है।

• इसे सूत्र G = H - TΔS का उपयोग करके पाया जा सकता है, जिसमें H सिस्टम की एन्थैल्पी है, T केल्विन में तापमान है, और S सिस्टम की एन्ट्रापी है।

स्पष्टीकरण:

यह निर्धारित करने के लिए कि कोई अभिक्रिया स्वतःस्फूर्त होगी या नहीं, अभिक्रिया के दौरान गिब्स मुक्त ऊर्जा (ΔG) में परिवर्तन है। सहजता और ΔG के बीच सबंध निम्नलिखित है:

• यदि ΔG < 0: अभिक्रिया स्वतःस्फूर्त है। अभिक्रिया में ऊर्जा निकलती है, और यह स्थिर तापमान और दबाव में अपने आप होती है।
• यदि ΔG = 0: अभिक्रिया संतुलन पर है। न तो आगे और न ही पीछे की अभिक्रिया का पक्ष लिया जाता है।
• यदि ΔG > 0: अभिक्रिया गैर-सहज है। अभिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए ऊर्जा की आपूर्ति करनी होगी।

संकल्पना:

फैराडे के विद्युत अपघटन के नियम

• फैराडे का पहला नियम कहता है कि विद्युत अपघटन के दौरान इलेक्ट्रोड पर निक्षेपित या मुक्त पदार्थ की मात्रा, विद्युत की उस मात्रा के समानुपाती होती है जो विद्युत अपघट्य से गुजरती है।
• फैराडे का दूसरा नियम कहता है कि विद्युत अपघट्य से गुजरने वाली समान मात्रा की विद्युत द्वारा निक्षेपित या जमा किए गए विभिन्न पदार्थों की मात्रा उनके रासायनिक तुल्यांकी भार के समानुपाती होती है।

व्याख्या:

• एल्यूमीनियम ऑक्साइड (Al₂O₃) से एक मोल एल्यूमीनियम (Al) प्राप्त करने के लिए, हमें संतुलित अर्ध-अभिक्रिया पर विचार करने की आवश्यकता है:

  Al₂O₃ + 6e^- → 2Al

• अर्ध-अभिक्रिया से, 2 मोल Al उत्पन्न करने के लिए 6 मोल इलेक्ट्रॉनों (6F, जहाँ F फैराडे नियतांक है) की आवश्यकता होती है।
• इसलिए, 1 मोल Al प्राप्त करने के लिए, हमें आधी संख्या में इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है:
  • 6F / 2 = 3F

इसलिए, Al₂O₃ से एक मोल एल्यूमीनियम प्राप्त करने के लिए आवश्यक आवेश की मात्रा 3F है।

संकल्पना:

विद्युत रासायनिक सेल बनाम विद्युत अपघटनी सेल

• एक विद्युत रासायनिक सेल स्वतः रेडॉक्स अभिक्रियाओं के माध्यम से रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
• एक विद्युत अपघटनी सेल को अस्वतः रेडॉक्स अभिक्रियाओं को चलाने के लिए एक बाह्य विद्युत ऊर्जा स्रोत की आवश्यकता होती है।

व्याख्या:

• एक विद्युत रासायनिक सेल में, सेल विभव (E_cell) धनात्मक होता है, जो एक स्वतः अभिक्रिया को दर्शाता है।
• एक विद्युत रासायनिक सेल के लिए विद्युत अपघटनी सेल की तरह व्यवहार करने के लिए, एक बाहरी वोल्टेज (E_ext) लगाया जाना चाहिए जो सेल विभव (E_cell) से अधिक हो।
• यह बाह्य वोल्टेज सेल को एक अस्वतः अभिक्रिया से गुजरने के लिए बाध्य करता है, जो एक विद्युत अपघटनी सेल के समान है।
• इसके होने की स्थिति है:

  E_ext > E_cell

इसलिए, एक विद्युत रासायनिक सेल एक विद्युत अपघटनी सेल की तरह व्यवहार कर सकता है जब बाह्य वोल्टेज (E_ext) सेल विभव (E_cell) से अधिक होता है।

सही उत्तर: 1 और 3)

अवधारणा:

• इलेक्ट्रोड विभव: दो प्रावस्थाओं के बीच इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को सुगम बनाने वाला विभवांतर इलेक्ट्रोड विभव कहलाता है।
• इलेक्ट्रोड विभव को ऑक्सीकरण या अपचयन विभव के रूप में नामित किया जाएगा, यह इस बात पर निर्भर करता है कि ऑक्सीकरण या अपचयन हुआ है।
• इलेक्ट्रोड विभव का मान जितना अधिक होगा, अभिक्रिया होने की प्रवृत्ति उतनी ही अधिक होगी।
• जब विलयन में आयनों की सांद्रता 1 mol/L (गैसों के लिए आंशिक दाब 1 atm है) और किसी भी तापमान पर (यदि कुछ नहीं दिया गया है तो 298K मान लें) होती है, तो इलेक्ट्रोड का विभव मानक इलेक्ट्रोड विभव कहलाता है।

व्याख्या:

• (a) H+ (aq) + e- → \(\frac{1}{2}\)H2 (g) ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 0.00V

• (b) 2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 1.23V

• (c) \(\rm 2SO^{2-}_4\) (aq) → S2\(\rm O^{2-}_8\) (aq) + 2e- ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 1.96 V

• सल्फ्यूरिक अम्ल के तनु विलयन के विद्युत अपघटन के दौरान उपरोक्त तीन अभिक्रियाएँ होती हैं।
• जिनमें से प्रत्येक एक विशेष अभिक्रिया का प्रतिनिधित्व करता है या तो ऑक्सीकरण अर्ध-सेल अभिक्रिया या अपचयन अर्ध-सेल अभिक्रिया।
• एनोड पर होने वाली ऑक्सीकरण अर्ध-सेल अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
• 2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 1.23V
• \(\rm 2SO^{2-}_4\) (aq) → S2\(\rm O^{2-}_8\) (aq) + 2e- ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 1.96 V
• E∘सेल के कम मान वाली अभिक्रिया में तेजी से ऑक्सीकरण होगा।
  का तेजी से ऑक्सीकरण होगा।" id="MathJax-Element-44-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">
  का तेजी से ऑक्सीकरण होगा। का तेजी से ऑक्सीकरण होगा।
• Unknown node type: strong" id="MathJax-Element-45-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">Unknown node type: strong<merror><mtext>Unknown node type: strong</mtext></merror> <strong>इसलिए, </strong> तनु सल्फ्यूरिक अम्ल विलयन में, जल का एनोड पर ऑक्सीकरण होगा।
• कैथोड पर, हाइड्रोजन आयन हाइड्रोजन में परिवर्तित हो जाएगा।" id="MathJax-Element-46-Frame" role="presentation" style="position: relative;" tabindex="0">
• H+ (aq) + e- → \(\frac{1}{2}\)H2 (g) ; \(\rm E^\Theta_{Cell}\) = 0.00V

निष्कर्ष:

इस प्रकार, विकल्प 1 और 3 सही उत्तर हैं।

अतिरिक्त जानकारी

रेडोक्स परिवर्तन के लिए 

\(\mathrm{MnO}_4^{-} \rightarrow \mathrm{Mn}^{2+}\)

n-कारक = 5

n_eq = nmol × n-कारक

= 1 × 5

= 5

फैराडे में आवश्यक आवेश = n_eq की संख्या

= 5 F

जलीय NaCl के विद्युत अपघटन पर

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq}) \stackrel{\mathrm{H}_2 \mathrm{O}}{\longrightarrow} \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})\)

कैथोड: \(\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{I})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})\)

एनोड: \(\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})+\mathrm{e}^{-}\)

समग्र अभिक्रिया:

\(\mathrm{NaCl}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_2 \mathrm{O}(\mathrm{l}) \rightarrow\) \(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{OH}^{-}(\mathrm{aq})+\frac{1}{2} \mathrm{H}_2(\mathrm{~g})+\frac{1}{2} \mathrm{Cl}_2(\mathrm{~g})\)