Electrochemistry MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Electrochemistry - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

अवधारणा:

सीमान्त मोलर चालकता

• सीमान्त मोलर चालकता (Λ_m⁰) अनंत तनुता पर एक विद्युतअपघट्य की मोलर चालकता है, जहाँ विद्युतअपघट्य की सांद्रता शून्य के निकट पहुँच जाती है।
• यह अधिकतम चालकता का प्रतिनिधित्व करती है जो एक विद्युतअपघट्य विलयन में प्राप्त कर सकता है, क्योंकि आयनों की गति को प्रभावित करने वाली कोई अंतरा-आयनिक अंतःक्रियाएँ नहीं होती हैं।
• किसी दिए गए विलायक में आयनों के आंतरिक चालकता गुणों को समझने के लिए सीमान्त मोलर चालकता महत्वपूर्ण है।

व्याख्या:

• जैसे-जैसे इलेक्ट्रोलाइट की सांद्रता कम होती जाती है, आयनों को अन्य आयनों के साथ अंतःक्रिया किए बिना गति करने की अधिक स्वतंत्रता मिलती है।
• अनंत तनुता (सांद्रता शून्य के निकट पहुँचने पर), मोलर चालकता एक सीमांत मान तक पहुँच जाती है जिसे सीमान्त मोलर चालकता (Λ_m⁰) के रूप में जाना जाता है।
• यह मान प्रत्येक विद्युतअपघट्य के लिए विशिष्ट है और इसका उपयोग विभिन्न विद्युतअपघट्यों के प्रवाहकीय गुणों की तुलना करने के लिए किया जाता है।
• उदाहरण के लिए, जल में सोडियम क्लोराइड (NaCl) की सीमान्त मोलर चालकता को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जा सकता है और इसका उपयोग अन्य विद्युतअपघट्यों के लिए संदर्भ के रूप में किया जाता है।

इसलिए, जब विद्युतअपघट्य की सांद्रता शून्य के निकट पहुँचती है, तो प्रयुक्त शब्द सीमान्त मोलर चालकता है।

ऑक्सीकरण अर्ध-सेल अभिक्रिया:

Ag(s) → Ag⁺ (aq) + e^-

अपचयन अर्ध-सेल अभिक्रिया:

AgCl(s) + e^- → Ag(s) + Cl^- (aq)

शुद्ध सेल अभिक्रिया:

AgCl(s) → Ag⁺ (aq) + Cl^- (aq)

साम्यावस्था पर:

E_cell = 0 ⇒ E^o_cell = ^RT⁄_nF ln K_sp

और E^o_cell = E^o_Cr/AgCl/Ag - E^o_Ag⁺/Ag

= -0.57 V

K_sp = 10^-10 x √10

= 3.16 x 10^-10

संकल्पना:

संकेतक वियोजन और pH गणना

• किसी संकेतक का वियोजन स्थिरांक (K_a) का उपयोग उस pH को ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है जिस पर संकेतक अपने अम्लीय से क्षारीय रूप में 50% संक्रमण दर्शाता है।
• किसी संकेतक के लिए, 50% रंग संक्रमण पर, [HIn] (अम्लीय रूप) और [In^-] (क्षारीय रूप) का अनुपात समान होता है, और इस बिंदु पर pH संकेतक के वियोजन स्थिरांक K_a से संबंधित होता है।
• किसी संकेतक के वियोजन के लिए:

  HIn ⇌ H⁺ + In^-

  • साम्यावस्था व्यंजक है: K_a = [H⁺][In^-]/[HIn]

व्याख्या:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण किसी विलयन के pH को संकेतक के pKa और अम्लीय और क्षारीय रूपों की सांद्रताओं के अनुपात से संबंधित करता है:

pH = pKa + log([In⁻]/[HIn])

pKa ज्ञात करें:

वियोजन स्थिरांक (Ka) 3.981 x 10⁻⁷ दिया गया है। हम निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके pKa की गणना कर सकते हैं:

pKa = -log(Ka)
pKa = -log(3.981 x 10⁻⁷)
pKa ≈ 6.40

अनुपात [In⁻]/[HIn] ज्ञात करें:

• समस्या बताती है कि रंग 50% क्षारीय रंग और 50% अम्लीय रंग से मेल खाता है। इसका अर्थ है कि क्षारीय और अम्लीय रूपों की सांद्रता समान है:
  • [In⁻] = [HIn]
  • इसलिए, अनुपात [In⁻]/[HIn] = 1.

pH की गणना करें:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण में मान प्रतिस्थापित करें:

pH = pKa + log(1)
pH = 6.40 + 0
pH = 6.40

इसलिए, बफर विलयन का pH 6.40 है, जहाँ संकेतक का 50% अपना क्षारीय रूप दर्शाता है।

संकल्पना:

स्थानांतरण संख्या के लिए गतिमान सीमा विधि और हिटोरफ विधि

• गतिमान सीमा विधि एक तकनीक है जिसका उपयोग विद्युत अपघट्य विलयन में आयनों की स्थानांतरण संख्या को निर्धारित करने के लिए किया जाता है, दो अलग-अलग विद्युत-अपघट्यों के बीच एक सीमा की गति को देखकर।
• यह हिटोरफ विधि की तुलना में अधिक सटीक परिणाम प्रदान करती है क्योंकि इसमें इलेक्ट्रोड पर सांद्रता परिवर्तनों के ज्ञान की आवश्यकता नहीं होती है और सीधे आयन गति को अनुरेख करती है।
• गतिमान सीमा विधि में, मुख्य विद्युत-अपघट्य के समान ऋणायन के साथ एक संकेतक विद्युत-अपघट्य का उपयोग किया जाता है। इस संकेतक को इसके उच्च घनत्व के कारण नीचे रखा जाता है, जिससे एक स्पष्ट सीमा निर्माण सुनिश्चित होता है।

व्याख्या:

• अभिकथन A: "गतिमान सीमा विधि हिटोरफ विधि की तुलना में स्थानांतरण संख्या पर अधिक सटीक डेटा देती है।"
  • सही है, क्योंकि गतिमान सीमा विधि सीधे आयन गति को मापती है और इलेक्ट्रोड अभिक्रियाओं से होने वाली त्रुटियों से बचती है।
• कारण R: "गतिमान सीमा विधि में, संकेतक विद्युत-अपघट्य में मुख्य विद्युत-अपघट्य के समान ऋणायन होता है और इसके उच्च घनत्व के कारण इसे नीचे रखा जाता है।"
  • सही है, क्योंकि यह सटीक माप के लिए एक स्थिर और दृश्यमान गतिमान सीमा सुनिश्चित करता है।
• A और R के बीच संबंध:
  • हालांकि दोनों कथन सही हैं, कारण R सीधे यह नहीं बताता है कि गतिमान सीमा विधि हिटोरफ विधि की तुलना में अधिक सटीक स्थानांतरण संख्या क्यों प्रदान करती है।
  • गतिमान सीमा विधि की सटीकता सीधे आयन गति माप के कारण है, न कि संकेतक विद्युत-अपघट्यों के स्थान के कारण।

उत्तर विकल्पों का विश्लेषण:

• A और R दोनों सही हैं और R, A की सही व्याख्या है: गलत है, क्योंकि R, A की व्याख्या नहीं करता है।
• A और R दोनों सही हैं लेकिन R, A की सही व्याख्या नहीं है: सही है, क्योंकि दोनों कथन सत्य हैं लेकिन व्याख्या में असंबंधित हैं।
• A सही है लेकिन R सही नहीं है: गलत है, क्योंकि R भी सही है।
• A सही नहीं है लेकिन R सही है: गलत है, क्योंकि A भी सही है।

इसलिए, सही उत्तर है A और R दोनों सही हैं लेकिन R, A की सही व्याख्या नहीं है।

अवधारणा:

• दुर्बल अम्ल एसीटिक अम्ल के लिए, वियोजन दुर्बल होता है।
• \(CH_{3}COOH\rightleftharpoons CH_{{3}}COO^{-}\, +\, H^{+} \)
• यदि C एसीटिक अम्ल की प्रारंभिक सांद्रता है और \(\alpha \) वियोजन की मात्रा है, तो अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है;
• \(K\, =\, \frac{C\alpha ^{2}}{1-\alpha } \)
• \(\alpha \) को \(\alpha =\frac{\lambda }{\lambda ^{0}} \) के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
• जहाँ, \(\lambda\) और \(\lambda^{0} \) क्रमशः C सांद्रता और शून्य पर चालकताएँ हैं।
• साम्य स्थिरांक में \(\alpha \) के मान रखने पर, हमें प्राप्त होता है,
• \(K=\frac{C\lambda ^{2}}{\lambda ^{0}\left ( \lambda ^{0}-\lambda \right )}\)

व्याख्या:

• हम जानते हैं, \(K=\frac{C\lambda ^{2}}{\lambda ^{0}\left ( \lambda ^{0}-\lambda \right )} \)
• इसे पुनर्व्यवस्थित करके हम लिख सकते हैं
• \(\frac{C}{K\lambda ^{0}}=\frac{\lambda ^{0}-\lambda }{\lambda ^{2}} \)
• दोनों ओर \(\frac{\lambda }{\lambda ^{0}}\) से गुणा करने पर हमें प्राप्त होता है
• \(\frac{C\lambda }{K\lambda ^{0^{2}}}=\frac{\lambda ^{0}-\lambda }{\lambda\, \lambda ^{0}}=\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{\lambda ^{0}} \)
• इसको आगे पुनर्व्यवस्थित करने पर हमें प्राप्त होता है
• \(\frac{1}{\lambda}=\frac{1}{\lambda^\circ}+\frac{C\lambda}{K\lambda^{\circ^2}} \)

निष्कर्ष:

एक दुर्बल विद्युतअपघट्य जैसे एसीटिक अम्ल के लिए, चालकता (λ), साम्य स्थिरांक (K) और सांद्रता (C) के बीच संबंध को \(\frac{1}{\lambda}=\frac{1}{\lambda^\circ}+\frac{C\lambda}{K\lambda^{\circ^2}} \) द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

अवधारणा:

गिब्स हेल्महोल्ट्ज़ समीकरण के अनुसार,

\(\Delta G\, =\, \Delta H\, -\, T\Delta S \)

\(\Delta G\, =\, -nFE \)

\(\Delta S\, =\, -\frac{d}{dT}\, \left ( \Delta G/\Delta T \right )\, =\, nF\, \frac{dE}{dT} \)

\(\frac{dE}{dT}\, =\, \frac{E_{2}-E_{1}}{T_{2}-T_{1}}\)= सेल का तापमान गुणांक

जहाँ,

\(\Delta G,\, \Delta H,\, \Delta S \) मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन, एन्थैल्पी में परिवर्तन और एंट्रॉपी में परिवर्तन हैं।

E₁, E₂ तापमान T₁ और T₂ पर सेल के emf हैं।

n सेल अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, F फैराडे है अर्थात 96485 C. mol^-1

व्याख्या:

दिया गया है,

E⁰ = 0.675 V, \(\frac{dE^{0}}{dT}\)= -6.5\(\times\)10^-4 V K^-1, T = 27 ⁰C = 300 K

\(\Delta G^{0}\, =\, -nFE^{0} \)

= -2 \(\times\) 96485 \(\times\) 0.675

= -130.25 kJ

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए n=2

\(\Delta S\, =\, nF\, \frac{dE}{dT}\)

= 2 \(\times\) 96485 \(\times\) (-6.5\(\times\)10^-4)

= -0.125 kJ

\(\Delta H\, = \Delta G\, +\, T\Delta S \)

= -130.25 + 300 (-0.125)

= -167.75 kJ

निष्कर्ष: -

अभिक्रिया Cd + 2AgCl → 2Ag + CdCl2 के लिए ΔH (kJ mol-1) मान -168 के सबसे करीब है।

संकल्पना:-

• नेर्न्स्ट समीकरण इलेक्ट्रोड विभव और विद्युत-अपघट्य विलयन की आयनिक सांद्रता के बीच संबंध देता है।
• एक इलेक्ट्रोड Mn+|M पर होने वाले अपचयन के लिए

Mn+ + ne- → M (s)

E = Eº - \(\frac{RT}{nF}ln\frac{[M]}{[M^{n+}]}\)

E = Eº + \(\frac{RT}{nF}ln{[M^{n+}]}\) (शुद्ध ठोस और द्रव की मोलर सांद्रता को एकता के रूप में लिया जाता है)

E = Eº + \(\frac{0.0591}{n}log{[M^{n+}]}\) 25ºC पर

जहां, n अभिक्रिया में आदान-प्रदान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

• प्रत्येक आयनों की क्रियाशीलता और विलेय की सांद्रता के बीच संबंध है,

\(a_+ = \gamma _+(C_m)_+\).............(ii)​

जहां a+ धनायन की क्रियाशीलता है,

\(\gamma _+\) धनायन का क्रियाशीलता गुणांक है,

\((C_m)_+\) धनायन की सांद्रता है.

व्याख्या:-

• दिया गया विद्युत रासायनिक सेल है,

Zn(s)|ZnBr2(aq, 0.20 mol/kg) ||AgBr(s)|Ag(s)|Cu

• संबंधित सेल अभिक्रिया है

2 AgBr(s) + Zn(s) → 2Ag(s) + ZnBr2 (aq)

​ऐनोड पर अभिक्रिया:

Zn → Zn+2 + 2e-

​कैथोड पर अभिक्रिया:​

AgBr(s) + e- → Ag(s) + Br-

• सेल के लिए,

\(E^{o}\) = \(E^0_{AgBr/Ag}\) - \(E^0_{zn^{+2}/zn}\)

= +0.730V - ( -0.762V)

= 1.492 V

• सेल का EMF होगा,

E = \(E^{o}\) - \(\frac{RT}{nF}ln\frac{a_{Ag}\times a_{ZnBr_2}}{a_{AgBr}^2 \times a_{Ag}}\)

E = 1.492 V - \(\frac{0.059}{2}ln\frac{a_{ZnBr_2}}{a_{AgBr}^2}\)

E = 1.492 V - (-0.074) (γ± of ZnBr2 solution = 0.462)

or, E = 1.566 V

निष्कर्ष:-

इसलिए, निम्नलिखित सेल के लिए 298 K और 1 बार पर सेल विभव (V में) 1.566 है

व्याख्या:-

मानक अपचयन विभव:-

• किसी रासायनिक स्पीशीज का मानक अपचयन विभव, उसके अपचयित होने की प्रवृत्ति का माप है।
• मानक ऑक्सीकरण विभव, किसी रासायनिक स्पीशीज की ऑक्सीकृत होने की बजाय अपचयित होने की प्रवृत्ति का माप है।
• फ्लोरीन गैस अत्यधिक विद्युतऋणात्मक होती है और अपनी बाह्यताम कोश को पूरा करने के लिए इलेक्ट्रॉन प्राप्त करना चाहती है।
• इस कारण से, फ्लोरीन का मानक अपचयन विभव +2.87V है, जो दर्शाता है कि यह इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने और अपचयित होने की अधिक संभावना रखता है।

दिया गया है,

\(E^0_{Fe^{+3_{/Fe}}}\) = -0.04 V; \(E^0_{Fe^{+2_{/Fe}}}\) = 0.44 V

Fe⁺³ (aq) + 3e- → Fe(s) ; E⊖ = -0.04 V . . . (i)

साथ ही,

Fe+2 (aq) + 2e- → Fe(s); E⊖ = - 0.44 V

Fe(s) → Fe+2 (aq) + 2e- ; E⊖ = 0.44 V . . . (ii)

अब, समीकरण (i) और (ii) से हमें प्राप्त होता है,

\(E^0_{Fe^{+3_{/Fe}}}=\frac{n_1\times E^0_{Fe^{+3_{/Fe^{+2}}}}+n_2\times E^0_{Fe^{+2_{/Fe}}}}{n}\)

\(E^0_{Fe^{+3_{/Fe}}}=\frac{1\times E^0_{Fe^{+3_{/Fe^{+2}}}}+2\times -0.44}{1+2}\)

\(-0.04=\frac{1\times E^0_{Fe^{+3_{/Fe^{+2}}}} -0.88}{3}\)

\( E^0_{Fe^{+3_{/Fe^{+2}}}}=-0.04\times3+0.88\)

\( E^0_{Fe^{+3_{/Fe^{+2}}}}=0.76V\)

निष्कर्ष:-

इसलिए, \(E^0_{Fe^{+3_{/Fe}2+}}\) का मान 0.76 V है।

अवधारणा:

डिबाए लंबाई एक विद्युत्-अपघट्य विलयन में स्थिरवैद्युत बलों की सीमा की एक माप है। यह विलयन की आयनिक सामर्थ्य के वर्गमूल के व्युत्क्रमानुपाती होता है। आयनिक सामर्थ्य विलयन में आयनों की सांद्रता की माप है।

किसी विलयन की आयनिक सामर्थ्य की गणना इस प्रकार की जाती है:

\(I = 1/2 Σ z^2 c\)

जहाँ: I आयनिक सामर्थ्य है, z आयन का आवेश है और c मोल प्रति लीटर में आयन की सांद्रता है।

स्पष्टीकरण: 

डिबाए लंबाई की गणना इस प्रकार की जाती है:

\(\lambda_D = 1/\kappa\)

जहाँ: \(\lambda_D\) डिबाए-लंबाई है और \(\kappa\) डिबाए-हकल स्थिरांक है।

डिबाए-हकल स्थिरांक एक ताप-निर्भर स्थिरांक है, जो विभिन्न विलायकों के लिए अलग-अलग होता है। 298 K पर जल के लिए, डिबाए-हकल स्थिरांक 0.334 nm^-1 है।

उपरोक्त समीकरणों का उपयोग करके, हम प्रत्येक विलयन के लिए डिबाई लंबाई की गणना कर सकते हैं।

संकल्पना:

DLVO सिद्धांत और कोलाइडी स्थिरता

• DLVO सिद्धांत कोलाइडी विज्ञान में एक आधारभूत अवधारणा है, जिसका नाम डेरजागिन, लैंडौ, वर्वे और ओवरबीक के नाम पर रखा गया है। यह दो मुख्य प्रकार की शक्तियों पर विचार करके कोलाइडी परिक्षेपण की स्थिरता की व्याख्या करता है:
  • वान्डर वाल आकर्षण:
    • यह एक लंबी दूरी का आकर्षक बल है जो आणविक स्तर पर द्विध्रुवीय अंतःक्रियाओं के कारण कणों के बीच कार्य करता है। यह कोलाइडी कणों को एक साथ खींचता है, जिससे समूहन होता है।
    • वान्डर वाल आकर्षण तब महत्वपूर्ण हो जाता है जब कण एक-दूसरे के बहुत करीब आ जाते हैं, और यह कणों को एक साथ इकट्ठा होने (अस्थिर कोलाइड) के लिए प्रोत्साहित करता है।
  • विद्युत द्वि-परत प्रतिकर्षण:
    • यह प्रतिकर्षक बल उत्पन्न होता है क्योंकि कोलाइडी कण अक्सर सतह आवेश ले जाते हैं। ये आवेश प्रति-आयनों की एक परत से घिरे होते हैं, जो एक विद्युत द्वि-परत बनाते हैं।
    • जब समान आवेश वाले दो कोलाइडी कण एक-दूसरे के पास आते हैं, तो द्वि-परतें अतिव्यापित हो जाती हैं, जिससे एक प्रतिकर्षक बल बनता है जो समूहन को रोकता है। यह बल कोलाइडी कणों को अलग रखकर उन्हें स्थिर करने के लिए जिम्मेदार है।

• λ_B बिजरम लंबाई है, जो वह दूरी है जिस पर दो प्राथमिक आवेशों के बीच स्थिर वैद्युत अंतःक्रिया ऊष्मीय ऊर्जा के बराबर होती है।
• U कणों के बीच अंतःक्रिया की संभावित ऊर्जा है।
• e ≈ 2.71828 यूलर की संख्या है, जो घातीय क्षय कार्यों को व्यक्त करने में महत्वपूर्ण है।
• κ डेबाई-ह्यूकेल स्क्रीनिंग लंबाई का व्युत्क्रम है (जिसे λ_D⁻¹ भी दर्शाया जाता है), जो एक विद्युत-अपघट्य में स्थिर वैद्युत अंतःक्रियाओं की सीमा को दर्शाता है।
• κ² = 4πλ_Bn, जहाँ n विलयन में एकलसंयोजी आयनों की सांद्रता है, स्थिरवैद्युत आवरण का सामर्थ्य निर्धारित करता है।
• β⁻¹ = k_BT ऊष्मीय ऊर्जा पैमाना है, जहाँ k_B बोल्ट्जमैन स्थिरांक है और T पूर्ण तापमान है।

व्याख्या:

• DLVO सिद्धांत वांडर वाल आकर्षक बलों के बीच संतुलन का वर्णन करता है, जो कोलाइडी कणों को एकत्रित करने का प्रयास करते हैं, और विद्युत द्वि-परत से प्रतिकर्षक बल, जो कणों को अलग रखने का प्रयास करते हैं।
• जब प्रतिकर्षक बल (विद्युत द्वि-परत) आकर्षक बलों (वान्डर वाल) से अधिक प्रबल होते हैं, तो कोलाइड स्थिर रहता है, जिसका अर्थ है कि कण आपस में चिपकते नहीं हैं।
• यदि आकर्षक वांडर वाल बल प्रबल हो जाते हैं, तो वे प्रतिकर्षक बलों पर हावी हो जाते हैं, जिससे कोलाइडी अस्थिरता होती है जहाँ कण एकत्रित होते हैं।
• एक कोलाइड की समग्र स्थिरता इन दो विरोधी बलों के बीच परस्पर क्रिया पर निर्भर करती है। इसलिए, कोलाइड के व्यवहार को निर्धारित करने के लिए वांडर वाल आकर्षण और विद्युत द्वि-परत प्रतिकर्षण दोनों पर विचार किया जाना चाहिए।

निष्कर्ष:

सही उत्तर विकल्प 3 है: विद्युत द्वि-परत प्रतिकर्षण और वांडर वाल आकर्षण।

अवधारणा:

इलेक्ट्रोलिसिस और फैराडे के नियम

• फैराडे के विद्युत-अपघटन के प्रथम नियम के अनुसार, किसी इलेक्ट्रोड पर जमा या मुक्त पदार्थ की मात्रा, विद्युत अपघट्य से होकर गुजरने वाली विद्युत (फैराडे में) की मात्रा के समानुपाती होती है।
• निक्षेपित धातु के मोलों की संख्या निम्न प्रकार दी जाती है:
  \(\text{Moles deposited} = \frac{\text{Electricity (Faradays)}}{\text{n-factor of metal}}\) ,
• जहाँ "n-फैक्टर" अपचयन प्रक्रिया में प्रति आयन शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

स्पष्टीकरण:

• विलयन में Ni2⁺ के लिए, अपचयन अभिक्रिया इस प्रकार है:
  \(\text{Ni}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Ni (s)}\)
• Ni के लिए n-कारक 2 है क्योंकि Ni²⁺ को Ni (s) में अपचयित करने के लिए 2 इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है।
• दिया गया है कि 0.1 फैराडे बिजली का उपयोग किया जाता है:
  • जमा Ni के मोल = \(\frac{0.1}{2} = 0.05 \, \text{moles}\)

सही उत्तर 0.05 है।