UP Board Solutions Class 12 Chemistry Chapter 3 Electro Chemistry

UP Board Solutions for Class 12 Chemistry Chapter 3 Electro Chemistry (वैद्युत रसायन)

अभ्यास के अन्तर्गत दिए गए प्रश्नोत्तर

Question 1.निकाय \( \text{Mg}^{2+} \)| \( \text{Mg} \) का मानक इलेक्ट्रोड विभव आप किस प्रकार ज्ञात करेंगे?
Answer:निकाय \( \text{Mg}^{2+} \)| \( \text{Mg} \) का मानक इलेक्ट्रोड विभव ज्ञात करने के लिए एक सेल स्थापित करते हैं। जिसमें एक इलेक्ट्रोड \( \text{Mg} \)| \( \text{MgSO}_4 \text{ (1M)} \), एक मैग्नीशियम के तार को \( \text{1M MgSO}_4 \) विलयन में डुबोकर व्यवस्थित करते हैं तथा मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड \( \text{Pt, H}_2 \text{ (1 atm)} \)| \( \text{H}^+ \text{ (1M)} \) को दूसरे इलेक्ट्रोड की भाँति व्यवस्थित करते हैं (चित्र-1)।
ℹ️ चित्र व्याख्या (Diagram Explanation): यह चित्र एक गैल्वेनी सेल को दर्शाता है जिसमें एक मैग्नीशियम इलेक्ट्रोड और एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड का उपयोग किया गया है। दोनों इलेक्ट्रोड लवण सेतु से जुड़े हुए हैं और उनके बीच का विद्युत विभव वोल्टमीटर द्वारा मापा जा रहा है, जिससे मानक इलेक्ट्रोड विभव की गणना की जा सके। सेल का विद्युत वाहक बल मापते हैं तथा वोल्टमीटर में विक्षेप की दिशा को भी नोट करते हैं। विक्षेप की दिशा प्रदर्शित करती है कि इलेक्ट्रॉनों को प्रवाह मैग्नीशियम इलेक्ट्रोड से हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की ओर है। अर्थात् मैग्नीशियम इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण तथा हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड पर अपचयन होता है। अतः सेल को निम्नवत् व्यक्त किया जा सकता है - \( \text{Mg} \)| \( \text{Mg}^{2+} \text{ (1M)} \)||\( \text{H}^+ \text{ (1M)} \)| \( \text{H}_2 \text{ (1 atm), Pt} \)
\[ \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} = \text{E}_{\text{H}^+, 1/2 \text{ H}_2}^{\circ} - \text{E}_{\text{Mg}^{2+}, \text{Mg}}^{\circ} \] परन्तु
\[ \text{E}_{\text{H}^+, 1/2 \text{ H}_2}^{\circ} = 0 \] अतः
\[ \text{E}_{\text{Mg}^{2+}, \text{Mg}}^{\circ} = - \text{E}_{\text{cell}} \]In simple words: मैग्नीशियम का मानक इलेक्ट्रोड विभव ज्ञात करने के लिए, मैग्नीशियम और एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड को मिलाकर एक सेल बनाते हैं। सेल के कुल विभव को मापकर और हाइड्रोजन के विभव को घटाकर मैग्नीशियम का मानक विभव निकाला जाता है।

🎯 Exam Tip: मानक इलेक्ट्रोड विभव की गणना में सेल के निरूपण और नेर्नस्ट समीकरण के उपयोग को स्पष्ट रूप से दर्शाना महत्वपूर्ण है, साथ ही एनोड और कैथोड पर होने वाली अभिक्रियाओं को भी पहचानना चाहिए।

 

Question 2.क्या आप एक जिंक के पात्र में कॉपर सल्फेट का विलयन रख सकते हैं?
Answer:अब हम यह जाँच करेंगे कि निम्नलिखित अभिक्रिया होगी अथवा नहीं। \( \text{Zn(s)} + \text{CuSO}_4\text{(aq)} \rightarrow \text{ZnSO}_4\text{(aq)} + \text{Cu(s)} \) सेल को इस प्रकार प्रदर्शित किया जा सकता है - \( \text{Zn} \)| \( \text{Zn}^{2+} \)||\( \text{Cu}^{2+} \)| \( \text{Cu} \)
\( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} = \text{E}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}}^{\circ} - \text{E}_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}}^{\circ} \)
\( = 0.34 \text{ V} - (-0.76\text{V}) = 1.1 \text{ V} \) चूंकि \( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} \) धनात्मक है, अतः अभिक्रिया होगी तथा इस कारण हम जिंक के पात्र में कॉपर सल्फेट नहीं रख सकते हैं।In simple words: जिंक के पात्र में कॉपर सल्फेट का विलयन नहीं रख सकते क्योंकि जिंक कॉपर से अधिक सक्रिय है। जिंक, कॉपर सल्फेट से कॉपर को विस्थापित कर देगा, जिससे पात्र गल जाएगा।

🎯 Exam Tip: यह समझने के लिए कि कोई अभिक्रिया होगी या नहीं, सेल के मानक इलेक्ट्रोड विभव \( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} \) की गणना करना आवश्यक है। धनात्मक \( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} \) का मतलब है कि अभिक्रिया स्वतः होगी।

 

Question 3.मानक इलेक्ट्रोड विभव की तालिका का निरीक्षण कर तीन ऐसे पदार्थ बताइए जो अनुकूल परिस्थितियों में फेरस आयनों को ऑक्सीकृत कर सकते हैं।
Answer:फेरस आयनों के ऑक्सीकरण का अर्थ है - \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^{-} ; \text{E}^{\circ} = -0.77 \text{ V} \) केवल वे पदार्थ \( \text{Fe}^{2+} \) को \( \text{Fe}^{3+} \) में ऑक्सीकृत कर सकते हैं जो प्रबल ऑक्सीकारक हों तथा जिनका धनात्मक अपचायक विभव \( 0.77 \text{ V} \) से अधिक हो जिससे सेल अभिक्रिया का विद्युत वाहक बल धनात्मक प्राप्त हो सके। यह स्थिति उन तत्वों पर लागू हो सकती है जो विद्युत-रासायनिक श्रेणी में \( \text{Fe}^{3+} \)| \( \text{Fe}^{2+} \) से नीचे स्थित हैं; उदाहरणार्थ- \( \text{Br}_2, \text{Cl}_2 \) तथा \( \text{I}_2 \).In simple words: फेरस आयनों को फेरिक आयनों में ऑक्सीकृत करने के लिए हमें ऐसे पदार्थ चाहिए जिनका अपचायक विभव \( 0.77 \text{ V} \) से अधिक हो। क्लोरीन, ब्रोमीन और आयोडीन जैसे मजबूत ऑक्सीकारक यह कार्य कर सकते हैं।

🎯 Exam Tip: ऑक्सीकारक क्षमता का निर्धारण इलेक्ट्रोड विभव के मान पर निर्भर करता है। उच्च धनात्मक अपचयन विभव वाले पदार्थ प्रबल ऑक्सीकारक होते हैं।

 

Question 4.\( \text{pH} = 10 \) के विलयन के सम्पर्क वाले हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के विभव का परिकलन कीजिए।
Answer:हल हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए, \( \text{H}^+ + \text{e}^{-} \rightarrow 1/2 \text{ H}_2 \) नेर्नस्ट समीकरण से,
\[ \text{E}_{\text{H}^+, 1/2 \text{ H}_2} = \text{E}_{\text{H}^+, 1/2 \text{ H}_2}^{\circ} - \frac{0.0591}{\text{n}} \text{ log} \frac{1}{[\text{H}^+]} \]
\[ = 0 - \frac{0.0591}{1} \text{ log} \frac{1}{10^{-10}} \quad [\text{H}^+ = 1 \times 10^{-\text{pH}}] \]
\[ = -0.0591 \times 10 = -0.591 \text{ V} \]In simple words: \( \text{pH} = 10 \) वाले विलयन में हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड का विभव -0.591 वोल्ट होता है, जिसकी गणना नेर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके की जाती है।

🎯 Exam Tip: \( \text{pH} \) और हाइड्रोजन आयन सांद्रता के संबंध को याद रखना महत्वपूर्ण है \( ( [\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}} ) \) और नेर्नस्ट समीकरण में \( \text{E}^{\circ}_{\text{H}^+, 1/2 \text{ H}_2} \) को 0 मानना।

 

Question 5.एक सेल के \( \text{emf} \) का परिकलन कीजिए जिसमें निम्नलिखित अभिक्रिया होती है। दिया गया है: \( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} = 1.05 \text{ V} \) \( \text{Ni(s)} + 2\text{Ag}^+ \text{ (0.002M)} \rightarrow \text{Ni}^{2+} \text{ (0.160M)} + 2\text{Ag(s)} \)
Answer:हल दी गई सेल अभिक्रिया के लिए नेर्नस्ट समीकरण से,
\[ \text{E}_{\text{cell}} = \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} - \frac{0.0591}{\text{n}} \text{ log} \frac{[\text{Ni}^{2+}]}{[\text{Ag}^+]^2} \]
\[ = 1.05 \text{ V} - \frac{0.0591}{2} \text{ log} \frac{0.160}{(0.002)^2} \]
\[ = 1.05 - \frac{0.0591}{2} \text{ log} (4 \times 10^4) \]
\[ = 1.05 - \frac{0.0591}{2} (4.6021) = 1.05\text{V} - 0.14\text{V} = 0.91 \text{ V} \]In simple words: दिए गए निकेल-सिल्वर सेल के लिए, नेर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके \( \text{emf} \) की गणना \( 0.91 \text{ V} \) आती है, जिसमें अभिकारकों और उत्पादों की सांद्रता और मानक सेल विभव का प्रयोग किया गया है।

🎯 Exam Tip: नेर्नस्ट समीकरण का उपयोग करते समय, \( \text{n} \) (इलेक्ट्रॉनों की संख्या) और आयन सांद्रता को सही ढंग से प्रतिस्थापित करना सुनिश्चित करें। \( \text{log} \) गणना में सावधानी बरतें।

 

Question 6.एक सेल जिसमें निम्नलिखित अभिक्रिया होती है - \( \text{2Fe}^{3+} \text{ (aq)} + \text{2I}^- \text{ (aq)} \rightarrow \text{2Fe}^{2+} \text{ (aq)} + \text{I}_2\text{(s)} \) का \( \text{298K} \) ताप पर \( \text{E}_{\text{cell}}^{\circ} = 0.236 \text{ V} \) है। सेल अभिक्रिया की मानक गिब्ज ऊर्जा एवं साम्य स्थिरांक का परिकलन कीजिए।
Answer:हल ऑक्सीकरण एवं अपचयन अभिक्रियाएँ: \( \text{2Fe}^{3+} + \text{2e}^- \rightarrow \text{2Fe}^{2+} \) \( \text{2I}^- \rightarrow \text{I}_2 + \text{2e}^- \) अतः दी गई सेल अभिक्रिया के लिए, \( \text{n} = 2 \)
\[ \Delta\text{G}^{\circ} = - \text{nFE}_{\text{cell}}^{\circ} \]
\[ = - 2 \times 96500 \times 0.236 \text{ J} \]
\[ = -45.55 \text{ kJ mol}^{-1} \]
\[ \Delta\text{G}^{\circ} = -2.303 \text{ RT log K}_{\text{c}} \]
\[ \text{log}_{10} \text{ K}_{\text{c}} = \frac{-\Delta\text{G}^{\circ}}{2.303 \text{ RT}} \]
\[ = \frac{-(-45.55 \times 10^3) \text{ J mol}^{-1}}{2.303 \times 8.314 \text{ J K}^{-1} \text{ mol}^{-1} \times 298 \text{ K}} \]
\[ = 7.983 \] \( \text{K}_{\text{c}} = \text{Antilog} (7.983) = 9.616 \times 10^7 \)In simple words: इस सेल अभिक्रिया के लिए मानक गिब्ज ऊर्जा \( -45.55 \text{ kJ mol}^{-1} \) है और साम्य स्थिरांक \( 9.616 \times 10^7 \) है, जिनकी गणना मानक सेल विभव और गिब्ज ऊर्जा-साम्य स्थिरांक संबंधों का उपयोग करके की जाती है।

🎯 Exam Tip: मानक गिब्ज ऊर्जा \( (\Delta\text{G}^{\circ}) \) और साम्य स्थिरांक \( (\text{K}_{\text{c}}) \) के बीच के संबंध सूत्र \( \Delta\text{G}^{\circ} = - \text{nFE}_{\text{cell}}^{\circ} \) और \( \Delta\text{G}^{\circ} = -2.303 \text{ RT log K}_{\text{c}} \) को याद रखें। \( \text{n} \) का मान सही ढंग से पहचानना महत्वपूर्ण है।

 

Question 7.किसी विलयन की चालकता तनुता के साथ क्यों घटती है?
Answer:विलयन की चालकता, विलयन के एकांक आयतन में उपस्थित आयनों की चालकता होती है। तनुकरण पर प्रति एकांक आयतन आयनों की संख्या घटती है, अतः चालकता भी घट जाती है।

प्रबल विद्युत-अपघटय (Strong Electrolytes)

प्रबल विद्युत अपघटयों के लिए \( \Lambda_{\text{m}} \) का मान तनुता के साथ धीरे-धीरे बढ़ता है एवं इसे निम्नलिखित समीकरण द्वारा निरूपित किया जा सकता है - \( \Lambda_{\text{m}} = \Delta^{\circ}_{\text{m}} - \text{Ac}^{1/2} \) यह देखा जा सकता है कि यदि \( \Lambda_{\text{m}} \) को \( \text{c}^{1/2} \) के विपरीत आरेखित किया जाए (चित्र-3) तो हमें एक सीधी रेखा प्राप्त होती है जिसका अन्तःखण्ड \( \text{A} \) एवं ढाल 'A' के बराबर है। दिए गए विलायक एवं ताप पर स्थिरांक ‘A’ का मान विद्युत-अपघटय के प्रकार अर्थात् विलयन में विद्युत-अपघटय के वियोजन से उत्पन्न धनायन एवं ऋणायन के आवेशों पर निर्भर करता है। अतः \( \text{NaCl, CaCl}_2, \text{MgSO}_4 \) क्रमशः 1-1, 2-1 एवं 2-2 विद्युत-अपघटय के रूप में जाने जाते हैं। एक प्रकार के सभी विद्युत-अपघटयों के लिए 'A' का मान समान होता है।In simple words: विलयन की चालकता तनुता पर घटती है क्योंकि पानी मिलाने से आयनों की संख्या प्रति इकाई आयतन में कम हो जाती है, जिससे विद्युत प्रवाह करने की क्षमता कम हो जाती है।

🎯 Exam Tip: चालकता की परिभाषा और तनुता के प्रभाव को समझाते समय, आयनों की सांद्रता में कमी पर जोर दें। मोलर चालकता के साथ इसके विपरीत व्यवहार को भी स्पष्ट करें।

 

Question 8.जल की \( \Delta^{\circ}_{\text{m}} \) ज्ञात करने का एक तरीका बताइए ।
Answer:अनन्त तनुता पर जल की सीमान्त मोलर चालकता \( (\Delta^{\circ}_{\text{m}}) \), अनन्त तनुता पर सोडियम हाइड्रॉक्साइड, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल तथा सोडियम क्लोराइड (जिसमें सभी प्रबल विद्युत-अपघटय हैं) की मोलर चालकताएँ ज्ञात होने पर निम्न प्रकार प्राप्त की जा सकती है - \( \Delta^{\circ}_{\text{m}} \text{ (H}_2\text{O)} = \Delta^{\circ}_{\text{m}} \text{ (NaOH)} + \Delta^{\circ}_{\text{m}} \text{ HCl} - \Delta^{\circ}_{\text{m}} \text{ (NaCl)} \)In simple words: जल की अनंत तनुता पर मोलर चालकता ज्ञात करने के लिए, हम कोल्ह्राउश नियम का उपयोग कर सकते हैं। इसमें प्रबल विद्युत अपघट्यों जैसे \( \text{NaOH, HCl} \) और \( \text{NaCl} \) की ज्ञात मोलर चालकताओं को जोड़कर और घटाकर गणना की जाती है।

🎯 Exam Tip: कोल्ह्राउश नियम को सही ढंग से लागू करें, विशेषकर जब कमजोर विद्युत अपघट्यों की अनंत तनुता पर मोलर चालकता की गणना करनी हो, जैसे जल। सूत्र में आयनों का सही संयोजन सुनिश्चित करें।

 

Question 9.\( 0.025 \text{ mol L}^{-1} \) मेथेनोइक अम्ल की चालकता \( 46.1 \text{ S cm}^2 \text{ mol}^{-1} \) है। इसकी वियोजन की मात्रा एवं वियोजन स्थिरांक का परिकलन कीजिए। दिया गया है कि \( \lambda^{\circ}(\text{H}^+) = 349.6\text{S cm mol}^{-1} \) एवं \( \lambda^{\circ}(\text{HCOO}^-) = 54.6 \text{ S cm mol}^{-1}. \)
Answer:हल
\[ \Lambda_{\text{m}}^{\circ} \text{ (HCOOH)} = \lambda^{\circ}(\text{H}^+) + \lambda^{\circ}(\text{HCOO}^-) = 349.6 + 54.6 = 404.2 \text{ S cm}^2 \text{ mol}^{-1} \] दिया है : \( \Lambda_{\text{m}} \text{ (HCOOH)} = 46.1 \text{ S cm}^2 \text{ mol}^{-1} \) अतः वियोजन की मात्रा, \( \alpha = \frac{\Lambda_{\text{m}}}{\Lambda_{\text{m}}^{\circ}} = \frac{46.1 \text{ S cm}^2 \text{ mol}^{-1}}{404.2 \text{ S cm}^2 \text{ mol}^{-1}} = 0.114 \)

\[ \text{K}_{\alpha} = \frac{\text{c}\alpha \cdot \text{c}\alpha}{\text{c}(1-\alpha)} = \frac{\text{c}\alpha^2}{1-\alpha} \]
\[ = \frac{0.025 \times (0.114)^2}{1-0.114} = \frac{0.025 \times 0.012996}{0.886} = \frac{0.0003249}{0.886} \approx 0.0003667 \approx 3.67 \times 10^{-4} \]In simple words: मेथेनोइक अम्ल की मोलर चालकता और आयनों की व्यक्तिगत मोलर चालकताओं का उपयोग करके, हमने वियोजन की मात्रा \( ( \alpha ) \) को \( 0.114 \) और वियोजन स्थिरांक \( (\text{K}_{\alpha}) \) को लगभग \( 3.67 \times 10^{-4} \) परिकलित किया।

🎯 Exam Tip: कमजोर अम्लों के लिए वियोजन की मात्रा \( (\alpha) \) और वियोजन स्थिरांक \( (\text{K}_{\alpha}) \) की गणना में कोल्ह्राउश नियम और साम्य स्थिरांक के सूत्रों का सही अनुप्रयोग महत्वपूर्ण है। \( \Lambda_{\text{m}}^{\circ} \) की गणना पहले करें।

 

Question 10.यदि एक धात्विक तार में \( 0.5 \) ऐम्पियर की धारा \( 2 \) घंटों के लिए प्रवाहित होती है तो तार में से कितने इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होंगे?
Answer:हल \( \text{Q (कूलॉम)} = \text{i (ऐम्पियर)} \times \text{t (सेकण्ड)} \) \( = (0.5 \text{ ऐम्पियर}) \times (2 \times 60 \times 60 \text{ s}) = 3600 \text{ C} \) \( 96500 \text{ C} \) का प्रवाह \( 1 \) मोल इलेक्ट्रॉन अर्थात् \( 6.02 \times 10^{23} \) इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह के तुल्य होता है।
\[ \text{3600 C के तुल्य इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह} = \frac{6.02 \times 10^{23}}{96500} \times 3600 \]
\[ = 2246 \times 10^{22} \text{ इलेक्ट्रॉन} \]In simple words: जब \( 0.5 \) ऐम्पियर की विद्युत धारा \( 2 \) घंटे के लिए प्रवाहित की जाती है, तो तार से लगभग \( 2.246 \times 10^{24} \) इलेक्ट्रॉन प्रवाहित होते हैं।

🎯 Exam Tip: फैराडे के विद्युत-अपघटन के नियमों का उपयोग करते समय, कुल आवेश \( \text{Q} = \text{It} \) की गणना सही ढंग से करें और \( 1 \) फैराडे \( (96500 \text{ C}) \) को \( 1 \) मोल इलेक्ट्रॉनों के बराबर मानना याद रखें।

 

Question 11.उन धातुओं की एक सूची बनाइए जिनका विद्युत-अपघटनी निष्कर्षण होता है।
Answer:\( \text{Na, Ca, Mg} \) तथा \( \text{Al} \).In simple words: सोडियम, कैल्शियम, मैग्नीशियम और एल्यूमीनियम जैसी सक्रिय धातुओं का निष्कर्षण उनके गलित लवणों के विद्युत-अपघटन द्वारा किया जाता है।

🎯 Exam Tip: सक्रिय धातुओं के निष्कर्षण के लिए विद्युत-अपघटनी विधि का उपयोग किया जाता है। इन धातुओं के नाम याद रखना परीक्षा के लिए उपयोगी है।

 

Question 12.निम्नलिखित अभिक्रिया में \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \) आयनों के एक मोल के अपचयन के लिए कूलॉम में विद्युत की कितनी मात्रा की आवश्यकता होगी ? \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + \text{14H}^+ + \text{6e}^- \rightarrow \text{2Cr}^{3+} + \text{7H}_2\text{O} \)
Answer:हल दी गई अभिक्रिया के अनुसार, \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \) – आयनों के एक मोल को \( 6 \) मोल इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है। अतः \( \text{F} = 6 \times 96500 \text{ C} = 579000 \text{ C} \) अतः \( \text{Cr}^{3+} \) में अपचयन के लिए \( 579000 \text{ C} \) विद्युत की आवश्यकता होगी ।In simple words: \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \) आयनों के एक मोल को \( \text{Cr}^{3+} \) में अपचयित करने के लिए \( 6 \) मोल इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है, जो \( 579000 \text{ कूलॉम} \) विद्युत के बराबर है।

🎯 Exam Tip: फैराडे के नियमों का उपयोग करते समय, दी गई अभिक्रिया में इलेक्ट्रॉनों की संख्या \( (\text{n}) \) की सही पहचान करना और \( 1 \) फैराडे \( (96500 \text{ C}) \) के मान को याद रखना आवश्यक है।

 

Question 13.निम्नलिखित को प्राप्त करने में कितने फैराडे विद्युत की आवश्यकता होगी? (i) गलित \( \text{CaCl}_2 \) से \( 20.0 \text{ g Ca} \) (ii) गलित \( \text{Al}_2\text{O}_3 \) से \( 40.0 \text{ g Al} \)
Answer:हल (i)
\[ \text{CaCl}_2 \rightarrow \text{Ca} \]
\[ \text{Ca}^{2+} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{Ca} \]
या \( 1 \text{ mole} \quad 2 \text{ moles} \quad 1 \text{ mole} \)
या \( 40 \text{ g} \quad 2 \text{ moles} \quad 40 \text{ g} \)
या \( 20 \text{ g} \quad 1 \text{ mole} \quad 20 \text{ g} \)
अतः आवश्यक विद्युत की मात्रा \( = 1 \text{ F} \) (ii)
\[ \frac{1}{2} \text{Al}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al} \]
या \( \text{Al}^{3+} + 3\text{e}^- \rightarrow \text{Al} \)
या \( 1 \text{ mole} \quad 3 \text{ moles} \quad 1 \text{ mole} \)
या \( 26.98 \text{ g} \quad 3 \text{ moles} \quad 26.98 \text{ g} \)
अतः \( \text{Al} \) के \( 26.98 \text{ ग्राम} \) के लिए आवश्यक विद्युत \( = 3\text{F} \)
अतः \( \text{Al} \) के \( 40 \text{ ग्राम} \) के लिए आवश्यक विद्युत \( = \frac{3}{26.98} \times 40 = 4.448 \text{ F} \)In simple words: \( 20.0 \text{ g Ca} \) प्राप्त करने के लिए \( 1 \text{ फैराडे} \) और \( 40.0 \text{ g Al} \) प्राप्त करने के लिए \( 4.448 \text{ फैराडे} \) विद्युत की आवश्यकता होती है, जो उनकी स्टोइकोमेट्री और फैराडे के विद्युत-अपघटन के नियमों पर आधारित है।

🎯 Exam Tip: फैराडे के विद्युत-अपघटन के नियमों का उपयोग करते समय, धातु के मोलर द्रव्यमान और अभिक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या को सही ढंग से पहचानना महत्वपूर्ण है।

 

Question 14. निम्नलिखित को ऑक्सीकृत करने के लिए कितने कूलॉम विद्युत आवश्यक है?
1. 1 मोल H2O को O2 में ।
2. 1 मोल FeO को Fe2O3 में ।
Answer:
हल
1. 1 mol H2O के लिए इलेक्ट्रोड अभिक्रिया इस प्रकार दी जाती है -
\( \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2 + 1/2 \text{O}_2 \)
अर्थात् \( \text{O}^{2-} \rightarrow 1/2 \text{O}_2 + 2\text{e}^{-} \) : आवश्यक विद्युत की मात्रा = \( 2\text{F} = 2 \times 96500 \text{ C} = 193000 \text{ C} \)
2. 1 mol FeO के लिए इलेक्ट्रोड अभिक्रिया इस प्रकार दी जाती है -
\( \text{FeO} \rightarrow 1/2 \text{Fe}_2\text{O}_3 \)
अर्थात् \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{e}^{-} \) : आवश्यक विद्युत की मात्रा = \( 1\text{F} = 96500 \text{ C} \)
In simple words: To oxidize 1 mole of H2O to O2, 193000 C of electricity is needed, as it involves a 2-electron transfer. For oxidizing 1 mole of FeO to Fe2O3, 96500 C is required, as it involves a 1-electron transfer.

🎯 Exam Tip: Remember to balance the electron transfer in oxidation reactions to correctly calculate the required charge using Faraday's constant.

 

Question 15. Ni(NO3)2 के एक विलयन का प्लैटिनम इलेक्ट्रोडों के बीच 5 ऐम्पियर की धारा प्रवाहित करते हुए 20 मिनट तक विद्युत-अपघटन किया गया। Ni की कितनी मात्रा कैथोड पर निक्षेपित होगी?
Answer:
हल
अभिक्रिया निम्न प्रकार सम्पन्न होती है -
\( \text{Ni}^{2+} + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Ni} \)
Ni का परमाणु भार = 58.70
Ni का तुल्यांकी भार = \( \frac{\text{परमाणु भार}}{\text{संयोजी इलेक्ट्रॉनों की संख्या}} = \frac{58.70}{2} = 29.35 \)
विद्युत अपघटन के फैराडे के प्रथम नियमानुसार,
\( \text{W} = \text{Z.I.t} = \frac{\text{तुल्यांकी भार}}{96500} \times \text{I} \times \text{t} \)
\( = \frac{29.35}{96,500} \times 5 \times 20 \times 60 = 1.825 \text{ g} \)
In simple words: To find the mass of nickel deposited, we first calculate its equivalent weight from its atomic mass and valence. Then, using Faraday's first law of electrolysis, we plug in the current, time (converted to seconds), and equivalent weight to get the deposited mass.

🎯 Exam Tip: Ensure all units are consistent (current in Amperes, time in seconds) and use the correct equivalent weight for the metal in Faraday's law calculations.

 

Question 16. ZnSO4, AgNO3 एवं CuSO4 विलयन वाले तीन विद्युत-अपघटनी सेलों A, B, C को श्रेणीबद्ध किया गया एवं 1.5 ऐम्पियर की विद्युत धारा, सेल B के कैथोड पर 1.45 सिल्वर निक्षेपित होने तक लगातार प्रवाहित की गई। विद्युत धारो कितने समय तक प्रवाहित हुई? निक्षेपित कॉपर एवं जिंक को द्रव्यमान क्या होगा ?
Answer:
हल
\( \text{Ag}^{+} + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Ag} \)
108g Ag निक्षेपित होता है = \( 1\text{F} = 96500\text{C} \)
\( \therefore \) 1.45 g Ag निक्षेपित होगा = \( \frac{96500}{108} \times 1.45 = 1295.6 \text{ C} \)
या
\( \text{Q} = \text{I} \times \text{t} \)
\( \text{t} = \frac{\text{Q}}{\text{I}} = \frac{1295.6}{1.5} = 863.7 \text{ s} = 14 \text{ min } 24\text{s} \)
\( \text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Cu} \)
अर्थात् \( 2 \times 96500\text{C} \), Cu निक्षेपित करता है = 63.5 g
अतः \( 1295.6\text{C} \), Cu निक्षेपित करेगा = \( \frac{63.5 \times 1295.6}{2 \times 96500} = 0.4263 \text{ g} \)
इसी प्रकार,
\( \text{Zn}^{2+} + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Zn} \)
निक्षेपित जिंक का द्रव्यमान = \( \frac{65.4 \times 1295.6}{2 \times 96500} = 0.44 \text{ g} \)
In simple words: First, calculate the total charge passed using the mass of silver deposited and its equivalent weight. Then, use this total charge with the current to find the time. Finally, apply Faraday's second law, knowing that the same charge passes through all cells, to calculate the masses of copper and zinc deposited based on their equivalent weights.

🎯 Exam Tip: Faraday's second law is crucial here: the masses of different substances liberated by the same quantity of electricity are proportional to their chemical equivalent weights. Ensure to use the correct molar masses and number of electrons transferred for each metal.

 

Question 17. तालिका 3.1 (पाठयपुस्तक) में दिए गए मानक इलेक्ट्रोड विभवों की सहायता से अनुमान लगाइए कि क्या निम्नलिखित अभिकर्मकों के बीच अभिक्रिया सम्भव है?
(i) Fe3+ (aq) और I- (aq)
(ii) Ag+ (aq) और Cu (s)
(iii) Fe3+ (aq) और Br- (aq)
(iv) Ag (s) और Fe3+ (aq)
(v) Br2(aq) और Fe2+ (aq).
Answer:
उत्तर
कोई अभिक्रिया तब सम्भव होती है, जब \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) का मान धनात्मक होता है।
(i) प्रश्नानुसार, अभिक्रिया निम्न है-
\( \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) + \text{I}^{-}(\text{aq}) \rightarrow \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) + \frac{1}{2}\text{I}_2 (\text{s}) \)
इसके अनुसार सेल निम्न होगा-
\( \text{Pt, I}_2(\text{s})|\text{I}^{-}(\text{aq}) || \text{Fe}^{3+}(\text{aq})|\text{Fe}^{2+}(\text{aq}) \)
\( \therefore \) \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} - \text{E}^{\circ}_{\text{I}_2/\text{I}^{-}} \)
\( = 0.77 - (+0.54) = + 0.23 \text{ V} \)
चूँकि \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) का मान धनात्मक है, अतः अभिक्रिया सम्भव है।
(ii) अभिक्रिया निम्न है-
\( \text{Cu(s)} + \text{Ag}^{+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Cu}^{+}(\text{aq}) + \text{Ag(s)} \)
अभिक्रिया सेल निम्न है-
\( \text{Cu(s)} | \text{Cu}^{2+}(\text{aq}) || \text{Ag}^{+}(\text{aq}) | \text{Ag(s)} \)
\( \therefore \) \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} - \text{E}^{\circ}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} \)
\( = 0.80 - (+0.34) = + 0.46 \text{ V} \)
चूँकि \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) धनात्मक है, अतः अभिक्रिया होगी।
(iii) अभिक्रिया निम्न है-
\( \text{Br}^{-}(\text{aq}) + \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) \rightarrow \frac{1}{2}\text{Br}_2(\text{aq}) + \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) \)
अतः सेल निम्न होगा-
\( \text{Pt, Br}^{-}(\text{aq})|\frac{1}{2}\text{Br}_2(\text{aq}) || \text{Fe}^{3+}(\text{aq})|\text{Fe}^{2+}(\text{aq}) \)
\( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} - \text{E}^{\circ}_{\frac{1}{2}\text{Br}_2/\text{Br}^{-}} \)
\( = 0.77 - (+1.09) = - 0.32 \text{ V} \)
चूँकि \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) ऋणात्मक है, अतः अभिक्रिया सम्भव नहीं है।
(iv) अभिक्रिया निम्न है-
\( \text{Ag(s)} + \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Ag}^{+}(\text{aq}) + \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) \)
सम्बन्धित सेल निम्न होगा-
\( \text{Ag(s)} | \text{Ag}^{+}(\text{aq}) || \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) | \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) \)
\( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} - \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} \)
\( = 0.77 - (+0.80) = - 0.03 \text{ V} \)
चूँकि \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) का मान ऋणात्मक है, अतः अभिक्रिया नहीं होगी।
(v) अभिक्रिया निम्न है-
\( \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) + \frac{1}{2}\text{Br}_2(\text{aq}) \rightarrow \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) + \text{Br}^{-}(\text{aq}) \)
सम्बन्धित सेल निम्न है-
\( \text{Fe}^{2+}(\text{aq}) | \text{Fe}^{3+}(\text{aq}) || \frac{1}{2}\text{Br}_2(\text{aq}) | \text{Br}^{-}(\text{aq}) \)
\( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} = \text{E}^{\circ}_{\frac{1}{2}\text{Br}_2/\text{Br}^{-}} - \text{E}^{\circ}_{\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}} \)
\( = 1.09 - (+0.77) = + 0.31 \text{ V} \)
चूँकि \( \text{E}^{\circ}_{\text{cell}} \) का मान धनात्मक है, अतः अभिक्रिया होगी।
In simple words: An electrochemical reaction is spontaneous (and thus possible) if the standard cell potential (E°cell) is positive. To determine this, subtract the standard reduction potential of the anode from that of the cathode. If the result is positive, the reaction can occur; otherwise, it cannot.

🎯 Exam Tip: Always remember that a positive E°cell indicates a spontaneous reaction, and identify the oxidation (anode) and reduction (cathode) half-reactions correctly to apply the formula E°cell = E°cathode - E°anode.

 

Question 18. निम्नलिखित में से प्रत्येक के लिए विद्युत-अपघटन से प्राप्त उत्पाद बताइए –
1. सिल्वर इलेक्ट्रोडों के साथ AgNO3 का जलीय विलयन
2. प्लैटिनम इलेक्ट्रोडों के साथ AgNO3 का जलीय विलयन
3. प्लैटिनम इलेक्ट्रोडों के साथ H2SO4 का तनु विलयन
4. प्लैटिनम इलेक्ट्रोडों के साथ CuCl2 का जलीय विलयन ।
Answer:
उत्तर
1. AgNO3 (aq) \( \rightarrow \text{Ag}^{+}(\text{aq}) + \text{NO}_3^{-}(\text{aq}) \)
\( \text{H}_2\text{O} \leftrightarrows \text{H}^{+} + \text{OH}^{-} \)
कैथोड पर : चूंकि सिल्वर का अपचयन विभव (+0.80 V) जल (-0.830 V) से अधिक है, इसलिए \( \text{Ag}^{+} \) वरीयता के आधार पर अपचयित होगा तथा सिल्वर धातु कैथोड पर जमा होगी ।
\( \text{Ag}^{+}(\text{aq}) + \text{e}^{-} \rightarrow \text{Ag (s)} \)
ऐनोड पर : निम्न अभिक्रिया होगी-
\( \text{H}_2\text{O (l)} \rightarrow 1/2 \text{O}_2(\text{g}) + 2\text{H}^{+}(\text{aq}) \)
\( \text{NO}_3^{-}(\text{aq}) \rightarrow \text{NO}_3 + \text{e}^{-} \)
\( \text{Ag(s)} \rightarrow \text{Ag}^{+}(\text{aq}) + \text{e}^{-} \)
इन अभिक्रियाओं में कॉपर का अपचयन विभव न्यूनतम है। इसलिए सिल्वर स्वयं ऐनोड पर ऑक्सीकरण के फलस्वरूप \( \text{Ag}^{+} \) में परिवर्तित हो जायेगी और \( \text{Ag}^{+} \) आयन विलयन में चले जायेंगे ।
\( \text{Ag(s)} \rightarrow \text{Ag}^{+}(\text{aq}) + \text{e}^{-} \)
2. कैथोड पर : सिल्वर आयने अपचयित होंगे तथा सिल्वर धातु जमा होगी।
ऐनोड पर : चूँकि जल का अपचयन विभव \( \text{NO}_3^{-} \) आयनों से कम होता है, इसलिए जल वरीयता के आधार पर ऑक्सीकृत होगा तथा ऑक्सीजन मुक्त होगी ।
\( \text{H}_2\text{O (l)} \rightarrow 1/2 \text{O}_2(\text{g}) + 2\text{H}^{+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \)
3. प्लैटिनम इलेक्ट्रोडों के साथ H2SO4 के तनु विलयन का विद्युत-अपघटन
\( \text{H}_2\text{SO}_4(\text{aq}) \rightarrow 2\text{H}^{+}(\text{aq}) + \text{SO}_4^{2-}(\text{aq}) \)
\( \text{H}_2\text{O} \leftrightarrows \text{H}^{+} + \text{OH}^{-} \)
कैथोड पर : \( \text{H}^{+} +\text{e}^{-} \rightarrow \text{H} \)
\( \text{H} \rightarrow \text{H}_2(\text{g}) \)
ऐनोड पर : \( \text{OH}^{-} \rightarrow \text{OH} + \text{e}^{-} \)
\( 4\text{OH}^{-} \rightarrow 2\text{H}_2\text{O (l)} + \text{O}_2(\text{g}) \) अत: कैथोड पर H, तथा ऐनोड पर 0 मुक्त होगी।
4. CuCl2 (aq) \( \rightarrow \text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{Cl}^{-}(\text{aq}) \)
\( \text{H}_2\text{O} \leftrightarrows \text{H}^{+} + \text{OH}^{-} \)
कैथोड पर : चूंकि \( \text{Cu}^{2+} \) (+0.341 V) का अपचयन विभव जल (-0.83 V) से अधिक होता है, इसलिए \( \text{Cu}^{2+} \) वरीयता के आधार पर अपचयित होंगे तथा कैथोड पर कॉपर धातु जमा होगी ।
\( \text{Cu}^{2+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \rightarrow \text{Cu (s)} \)
ऐनोड पर : निम्न अभिक्रियाओं के होने की सम्भावना है -
\( \text{H}_2\text{O (l)} \rightarrow 1/2 \text{O}_2(\text{g}) + 2\text{H}^{+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \); \( \text{E}^{\circ} = +1.23 \text{ V} \)
\( 2\text{Cl}^{-}(\text{aq}) \rightarrow \text{Cl}_2(\text{g}) + 2\text{e}^{-} \); \( \text{E}^{\circ} = + 1.36\text{V} \)
चूँकि जल का अपचयन विभव \( \text{Cl}^{-} \) (जलीय) आयनों से कम होता है, इसलिए जल वरीयता के आधार पर ऐनोड पर ऑक्सीकृत होगा तथा \( \text{O}_2 \), गैस मुक्त होगी ।
In simple words: The products of electrolysis depend on the nature of the electrodes and the relative reduction potentials of the species present in the solution. At the cathode, the species with the higher reduction potential will be reduced, and at the anode, the species with the lower oxidation potential (or higher reduction potential among the oxidizable species) will be oxidized.

🎯 Exam Tip: For predicting electrolysis products, always compare the standard electrode potentials of all possible species (ions from the salt, water) at both the anode and cathode. Overpotential effects might alter predictions for gas evolution, especially for H2 and O2.

परीक्षोपयोगी प्रश्नोत्तर

बहुविकल्पीय प्रश्न

 

Question 1. चार क्षार धातुओं A, B, C व D के मानक अपचयन विभव क्रमशः-3.05 -1.66,- 0.40 तथा 0.80 वोल्ट हैं। इनमें से प्रबलतम अपचायक है -
(i) A
(ii) B
(iii) C
(iv) D
Answer: (i) A
In simple words: The strongest reducing agent is the one with the most negative standard reduction potential, as it has the highest tendency to get oxidized and donate electrons.

🎯 Exam Tip: A highly negative standard reduction potential indicates a strong reducing agent, while a highly positive one indicates a strong oxidizing agent.

 

Question 2. प्रबलतम अपचायक है -
(i) Li
(ii) Na
(iii) K
(iv) Cs
Answer: (i) Li
In simple words: Lithium (Li) is the strongest reducing agent among the given alkali metals due to its very negative standard reduction potential, indicating its high tendency to lose electrons.

🎯 Exam Tip: Among alkali metals, Lithium often stands out as the strongest reducing agent despite its smaller size, mainly due to its high hydration energy which compensates for the ionization energy.

 

Question 3. 25°C पर Li⁺ /Li, Ba2+ / Ba, Na+ / Na तथा Mg2+/Mg के मानक अपचयन इलेक्ट्रोड विभव क्रमशः -3.05,- 2.73 - 2.71 तथा -2.37 वोल्ट हैं। सबसे प्रबल ऑक्सीकारक है -
(i) Ba2+
(ii) Mg2+
(iii) Na+
(iv) Li+
Answer: (ii) Mg2+
In simple words: A strong oxidizing agent is a species that itself gets reduced easily. Among the given metal ions, the one with the least negative (or most positive) standard reduction potential will be the strongest oxidizing agent. In this case, Mg2+ has the least negative reduction potential, making it the strongest oxidizing agent.

🎯 Exam Tip: The species with the most positive (or least negative) standard reduction potential will be the strongest oxidizing agent, as it has the highest tendency to accept electrons and get reduced.

 

Question 4. किसी भी इलेक्ट्रोड का इलेक्ट्रोड विभव निर्भर करता है -
(i) धातु की प्रकृति पर
(ii) विलयन के ताप पर
(iii) विलयन की मोलरता पर
(iv) इनमें से सभी पर
Answer: (iv) इनमें से सभी पर
In simple words: An electrode's potential is influenced by the specific metal involved, the temperature of the system, and the concentration (molarity) of the ions in the solution, as described by the Nernst equation.

🎯 Exam Tip: Recall the Nernst equation, which explicitly shows the dependence of electrode potential on temperature and concentration, in addition to the inherent nature of the metal (standard potential).

 

Question 5. तत्त्वों A, B,C तथा D के मानक अपचयन विभव क्रमशः -2.90, +1.50, -0.74 तथा +0.34 वोल्ट हैं। इनमें सर्वाधिक विभव ऑक्सीकारक है -
(i) A
(ii) B
(iii) C
(iv) D
Answer: (ii) B
In simple words: The strongest oxidizing agent is the one with the highest positive standard reduction potential, as it has the greatest tendency to gain electrons and be reduced. Element B has the highest positive reduction potential among the given options.

🎯 Exam Tip: Remember that a higher (more positive) reduction potential means a stronger oxidizing agent. Conversely, a lower (more negative) reduction potential indicates a stronger reducing agent.

 

Question 6. धातु जो सरलता से ऑक्सीकृत हो जाती है -
(i) Cu
(ii) Ag
(iii) Al
(iv) At
Answer: (iii) Al
In simple words: A metal that is easily oxidized has a strong tendency to lose electrons, which corresponds to a more negative standard reduction potential. Among the options, Aluminum (Al) typically has the most negative reduction potential, making it the easiest to oxidize.

🎯 Exam Tip: Metals with lower (more negative) standard reduction potentials are more reactive and more easily oxidized, acting as stronger reducing agents.

 

Question 7. चार धातुओं A, B, C तथा D के मानक ऑक्सीकरण इलेक्ट्रोड विभव क्रमशः + 1.5 वोल्ट, - 2.0 वोल्ट, + 0.84 वोल्ट तथा- 0.36 वोल्ट हैं। इन धातुओं की बढ़ती सक्रियता का क्रम है -
(i) A < B < C (ii) D < C < B < A
(iii) A < C < D (iv) B < C < DAnswer: (iv) B < C < D < A
In simple words: Metal activity (tendency to get oxidized) is directly related to its standard oxidation potential. A higher oxidation potential means higher reactivity. Arranging the given potentials in increasing order will give the increasing order of activity.

🎯 Exam Tip: A higher standard oxidation potential means a greater tendency for the metal to lose electrons and thus higher reactivity. Convert all values to either reduction or oxidation potentials for consistent comparison, then rank from least active to most active.

 

Question 8. निम्न में कौन-सा ऑक्साइड हाइड्रोजन द्वारा अपचयित होगा?
(i) Na2O
(ii) MgO
(iii) Al2O3
(iv) Ag2O
Answer: (iv) Ag2O
In simple words: Hydrogen can reduce oxides of metals that are less reactive than hydrogen itself. Among the given options, Silver (Ag) is less reactive than hydrogen, so its oxide, Ag2O, can be reduced by hydrogen.

🎯 Exam Tip: Remember that hydrogen can reduce oxides of metals that are positioned below it in the activity series (or electrochemical series) because these metals have a lower affinity for oxygen than hydrogen.

 

Question 9. Mg, Cu, Na तथा Au की सक्रियता का सही क्रम है -
(i) Au > Cu > Mg > Na
(ii) Mg > Cu > Au > Na
(iii) Na > Mg > Cu> Au
(iv) Cu > Mg > Na > Au
Answer: (iii) Na > Mg > Cu> Au
In simple words: Metal reactivity (activity) is determined by its tendency to lose electrons. Based on the electrochemical series, Sodium (Na) is most reactive, followed by Magnesium (Mg), then Copper (Cu), and finally Gold (Au) as the least reactive.

🎯 Exam Tip: A simple way to remember the activity series is that metals with more negative standard reduction potentials are more reactive. Na is typically at the top of reactivity, while Au is at the bottom.

 

Question 10. चार धातुओं A, B, C, D के मानक इलेक्ट्रोड विभव (Eo) क्रमशः + 1.5 V, -2.0 V, + 0.34 V तथा – 0.76 v हैं । इन धातुओं की घटती हुई सक्रियता का क्रम है -
(i) A> C> D> B
(ii) A> B> D> C
(iii) B> D> C> A
(iv) D> A>B> C
Answer: (iii) B> D> C> A
In simple words: The reactivity or activity of a metal decreases as its standard reduction potential becomes more positive. So, a metal with a more negative E° is more active. Arranging the metals from most negative E° to most positive E° gives the decreasing order of activity.

🎯 Exam Tip: Remember: more negative E° means higher reactivity (stronger reducing agent), and more positive E° means lower reactivity (weaker reducing agent, stronger oxidizing agent). Rank them based on these values.

 

Question 11. A, B और C तत्त्वों का मानक अपचयन विभव क्रमशः +0.68 V,-0.50 V और-2.5 V है। उनकी अपचयन शक्ति का क्रम है -
(i) A > B > C
(ii) A > C > B
(iii) C > B > A
(iv) B > C > A
Answer: (iii) C > B > A
In simple words: A stronger reducing agent has a more negative standard reduction potential, indicating a greater tendency to be oxidized. Therefore, arranging the elements from the most negative reduction potential to the least negative (or positive) potential will give the decreasing order of their reducing strength.

🎯 Exam Tip: The reducing strength of a species is inversely proportional to its standard reduction potential. The more negative the reduction potential, the stronger the reducing agent.

 

Question 12. धातु जो हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से H, विस्थापित नहीं कर सकती है, वह है -
(i) Zn
(ii) Cu
(iii) Mg
(iv) Al
Answer: (ii) Cu
In simple words: Metals that are less reactive than hydrogen (i.e., those below hydrogen in the electrochemical series) cannot displace hydrogen from acids. Copper (Cu) is one such metal.

🎯 Exam Tip: Any metal with a positive standard reduction potential (like Cu) will not react with acids to displace hydrogen, as it is less reactive than hydrogen.

 

Question 13. निम्न में से कौन-सी अभिक्रिया सम्भव नहीं है?
(i) Cu + 2AgNO3 \( \rightarrow \) Cu (NO3)2 + 2Ag
(ii) CaO + H2 \( \rightarrow \) Ca + H2O
(iii) CuO+ H2 \( \rightarrow \) Cu + H2O
(iv) Fe + H2SO4 \( \rightarrow \) FeSO4 + H2 \( \uparrow \)
Answer: (ii) CaO + H2 \( \rightarrow \) Ca + H2O
In simple words: A reaction is possible if a more reactive element displaces a less reactive element from its compound. In option (ii), hydrogen is trying to reduce calcium oxide to calcium, but calcium is much more reactive than hydrogen, so this reaction is not energetically favorable and thus not possible.

🎯 Exam Tip: Use the activity series to predict displacement reactions. A less reactive element (like hydrogen) cannot displace a more reactive element (like calcium) from its oxide or salt.

 

Question 14. आर्यन जिसकी विद्युत चालकता जलीय विलयन में सबसे अधिक है, है -
(i) Li+
(ii) Na+
(iii) K+
(iv) Cs+
Answer: (iv) Cs+
In simple words: In aqueous solution, smaller ions are more hydrated, meaning they carry more water molecules with them, making them effectively larger and slower. Larger ions are less hydrated and therefore move faster, leading to higher electrical conductivity. Cs+ is the largest alkali metal ion, so it's least hydrated and has the highest mobility, thus the highest conductivity.

🎯 Exam Tip: For ions of the same charge, the smallest bare ion will have the largest hydrated radius and thus the lowest mobility and conductivity in aqueous solution. Conversely, the largest bare ion will have the smallest hydrated radius, highest mobility, and highest conductivity.

 

Question 15. अच्छे चालकत्व विलयन वाले पदार्थ हैं -
(i) दुर्बल वैद्युत अपघट्य
(ii) प्रबल वैद्युत अपघटय
(iii) विद्युत अपघटय
(iv) उत्प्रेरक
Answer: (ii) प्रबल वैद्युत अपघटय
In simple words: Strong electrolytes dissociate completely into ions when dissolved in a solvent, providing a large number of charge carriers. This high concentration of free ions allows for efficient conduction of electricity, making them good conductive solutions.

🎯 Exam Tip: Remember that conductivity in solutions depends on the number and mobility of ions. Strong electrolytes produce the maximum number of ions, leading to higher conductivity.

 

Question 16. \( \frac{\text{N}}{50} \) KCI विलयन की 25°C पर विशिष्ट चालकता 0.002765 म्हो सेमी-1 है। यदि विलयन सहित सेल का प्रतिरोध 400 ओम हो तो सेल स्थिरांक होगा -
(i) 0.553 सेमी-1
(ii) 1.106 सेमी-1
(iii) 2.212 सेमी-1
(iv) इनमें से कोई नही
Answer: (ii) 1.106 सेमी-1
In simple words: Cell constant (G*) is a characteristic of a conductivity cell and is calculated by multiplying the specific conductivity (kappa) of a solution by its resistance.

🎯 Exam Tip: The cell constant (\( \text{G}^* \)) is calculated as \( \text{G}^* = \text{Specific conductivity} \times \text{Resistance} \). Ensure units are consistent; "म्हो सेमी-1" is equivalent to "S cm-1" or "ohm-1 cm-1".

 

Question 17. जल के विद्युत अपघटन में बनी ऑक्सीजन और हाइड्रोजन का भारात्मक अनुपात है -
(i) 2:1
(ii) 8: 1
(iii) 16: 1
(iv) 1:4
Answer: (ii) 8: 1
In simple words: During the electrolysis of water, two moles of hydrogen gas are produced for every one mole of oxygen gas. Given their atomic masses, the mass ratio of oxygen to hydrogen released is 16:2, which simplifies to 8:1.

🎯 Exam Tip: The balanced equation for water electrolysis is \( 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2 \). While the volume ratio is 2:1 (H2:O2), the mass ratio is calculated from their molar masses: \( (2 \times 18) : (1 \times 32) \) for water, or \( (2 \times 2) : (1 \times 32) \) for H2:O2, leading to 4:32 or 1:8 for H2:O2, meaning 8:1 for O2:H2. Be careful with the order (Oxygen to Hydrogen).

 

Question 18. हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधने सेल में नेट अभिक्रिया संपन्न होती है -
(i) 2H2 (g) +4 OH- (aq) \( \rightarrow \) 4H2O (l) +4e-
(ii) O2(g) + 2H2O (l) \( \rightarrow \) 2e- + 4OH- (aq)
(iii) 2H2(g) + O2 (g) \( \rightarrow \) 2H2O (l)
(iv) इनमें से कोई नहीं
Answer: (iii) 2H2(g) + O2 (g) \( \rightarrow \) 2H2O (l)
In simple words: A hydrogen-oxygen fuel cell directly converts the chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy through an electrochemical reaction, producing water as the only byproduct.

🎯 Exam Tip: The overall reaction in a hydrogen-oxygen fuel cell represents the combustion of hydrogen, producing water and electrical energy, balancing the redox reactions at the anode and cathode.

 

Question 19. सीसा संचायक सेल को आवेशित करने पर -
(i) PbO2 घुलता है।
(ii) लेड इलेक्ट्रोड पर PbSO4 जमता है।
(iii) H2SO4 पुनः बनता है।
(iv) अम्ल की मात्रा घटती है।
Answer: (iii) H2SO4 पुनः बनता है।
In simple words: When a lead storage battery is recharged, the reverse of the discharge reactions occur. Lead sulfate (PbSO4) is converted back to lead (Pb) at the anode and lead dioxide (PbO2) at the cathode, and importantly, sulfuric acid (H2SO4) is regenerated, causing its concentration to increase.

🎯 Exam Tip: Recharging a lead-acid battery involves supplying external electrical energy to reverse the chemical reactions, converting products back to reactants and increasing the sulfuric acid concentration.

अतिलघु उत्तरीय प्रश्न

 

Question 1. रेडॉक्स विभव किसे कहते हैं?
Answer:
उत्तर
जब सेल में ऑक्सीकरण तथा अपचयन अभिक्रिया होती है तो धातु और विलयन के मध्य स्थापित विभवान्तर को रेडॉक्स विभव कहते हैं; जैसे
यदि इस प्रकार के सेल का विभव E हो तो ऑक्सीकारक की सान्द्रता [Ox] तथा अपचायक की सान्द्रता [Red] में 25°C पर निम्नलिखित सम्बन्ध होता है -
जहाँ, \( \text{E}^{\circ} \) रेडॉक्स विभव है और n ऑक्सीकारक (Ox) द्वारा ग्रहण किये गये इलेक्ट्रॉनों की संख्या है। जिन्हें ऑक्सीकारक ग्रहण करके अपने संगत अपचायक में बदल देता है।
In simple words: Redox potential is the electric potential difference developed between a metal electrode and its ion solution when an oxidation-reduction reaction occurs, measured relative to a standard electrode. It indicates the tendency of a species to gain or lose electrons.

🎯 Exam Tip: The Nernst equation describes how redox potential varies with concentration and temperature, emphasizing its role in understanding electron transfer in electrochemical cells.

 

Question 2. किसी सेल के विद्युत वाहक बल से क्या तात्पर्य है?
Answer:
उत्तर किसी सेल के इलेक्ट्रोडों के इलेक्ट्रोड विभवों में वह अन्तर, जब सेल से परिपथ में कोई विद्युत धारा नहीं बहती है, सेल को विद्युत वाहक बल कहलाता है।
In simple words: The electromotive force (EMF) of a cell is the potential difference between its two electrodes when no current is flowing in the external circuit, representing the maximum voltage the cell can provide.

🎯 Exam Tip: EMF is a measure of the maximum electrical work that can be obtained from a cell, and it's always greater than the potential difference measured when current is drawn.

 

Question 3. निम्नलिखित सम्भव अभिक्रियाओं की सहायता से Mg, Zn, Cu और Ag को उनके घटते हुए इलेक्ट्रोड विभव के क्रम में लिखिए -
1. Cu + 2Ag+ \( \rightarrow \) Cu2+ + 2Ag
2. Mg + Zn2+ \( \rightarrow \) Mg2+ + Zn
3. Zn + Cu2+ \( \rightarrow \) Zn2+ + Cu
Answer:
उत्तर
1. Cu + 2Ag+ \( \rightarrow \) Cu2+ + 2Ag
\( \text{E}^{\circ}_{\text{Cu}} > \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}} \)
2. Mg + Zn2+ \( \rightarrow \) Mg2+ + Zn
\( \text{E}^{\circ}_{\text{Mg}} > \text{E}^{\circ}_{\text{Zn}} \)
3. Zn + Cu2+ \( \rightarrow \) Zn2+ + Cu
\( \text{E}^{\circ}_{\text{Zn}} > \text{E}^{\circ}_{\text{Cu}} \)
अतः \( \text{E}^{\circ} \) का घटता हुआ क्रम इस प्रकार होगा -
\[ \text{Mg > Zn > Cu > Ag} \]
\( \text{E}^{\circ} \) का घटता हुआ क्रम
In simple words: The standard electrode potential of a metal indicates its reactivity. A more negative potential means a higher tendency to be oxidized. By analyzing the given displacement reactions, we can infer the relative reactivities and arrange the metals in decreasing order of their standard electrode potentials.

🎯 Exam Tip: In a displacement reaction \( \text{A} + \text{B}^+ \rightarrow \text{A}^+ + \text{B} \), metal A is more reactive than metal B, meaning A has a lower (more negative) reduction potential than B. Use this rule to establish the order.

 

Question 4. Mg, Zn, Cu, Ag में से किस तत्त्व की अम्ल से अभिक्रिया होने पर हाइड्रोजन गैस विमुक्त होती है? उत्तर Mg तथा Zn अम्ल से अभिक्रिया करके H, गैस विमुक्त करते हैं क्योंकि विद्युत रासायनिक श्रेणी में Mg तथा Zn का स्थान हाइड्रोजन से ऊपर है अर्थात् Mg तथा Zn की अपचायक क्षमता हाइड्रोजन से अधिक है।
Answer:
उत्तर Mg तथा Zn अम्ल से अभिक्रिया करके H, गैस विमुक्त करते हैं क्योंकि विद्युत रासायनिक श्रेणी में Mg तथा Zn का स्थान हाइड्रोजन से ऊपर है अर्थात् Mg तथा Zn की अपचायक क्षमता हाइड्रोजन से अधिक है।
In simple words: Metals that are more reactive than hydrogen can displace hydrogen from acids. Both Magnesium (Mg) and Zinc (Zn) are above hydrogen in the electrochemical series, meaning they have stronger reducing power and can liberate hydrogen gas when reacting with acids. Copper (Cu) and Silver (Ag) are less reactive than hydrogen and cannot displace it.

🎯 Exam Tip: Any metal with a standard reduction potential more negative than 0.00 V (hydrogen's potential) will react with non-oxidizing acids to produce hydrogen gas.

 

Question 5. कॉपर सल्फेट के विलयन में लोहे की कील डालने पर क्या होगा?
Answer:
उत्तर कॉपर सल्फेट के विलयन में लोहे की कील डालने पर लोहे की कील के ऊपर कॉपर की परत चढ़ जायेगी, क्योंकि कॉपर की सक्रियता लोहे से कम होती है।
In simple words: When an iron nail is placed in copper sulfate solution, iron, being more reactive than copper, displaces copper from its salt solution. This results in the deposition of copper metal on the iron nail and the formation of iron sulfate.

🎯 Exam Tip: This is a classic single displacement reaction where a more reactive metal displaces a less reactive metal from its salt solution. Always refer to the electrochemical series to determine relative reactivities.

 

Question 6. जिंक तथा ताँबे में से एक अम्लों से हाइड्रोजन गैस विस्थापित नहीं करता है। क्यों?
Answer:
उत्तर वैद्युत रासायनिक श्रेणी में जिंक हाइड्रोजन से ऊपर तथा ताँबा हाइड्रोजन से नीचे स्थित है जिसके कारण जिंक हाइड्रोजन से अधिक अपचायक है और ताँबा कम अपचायक है। इसीलिए जिंक अम्लों से हाइड्रोजन को विस्थापित करता है परन्तु, ताँबा नहीं करता है।
In simple words: Zinc (Zn) is more reactive than hydrogen, so it can displace hydrogen from acids. Copper (Cu), however, is less reactive than hydrogen, meaning it cannot displace hydrogen from acids. This is determined by their positions in the electrochemical series.

🎯 Exam Tip: Metals with negative standard reduction potentials (like Zn) are more reactive than hydrogen and can displace it from acids. Metals with positive standard reduction potentials (like Cu) are less reactive and cannot.

 

Question 7. यद्यपि विद्युत रासायनिक श्रेणी में ऐलुमिनियम हाइड्रोजन से ऊपर है किन्तु यह वायु और जल में स्थायी है। क्यों?
Answer:
उत्तर यद्यपि विद्युत रासायनिक श्रेणी में ऐलुमिनियम हाइड्रोजन से ऊपर है किन्तु यह वायु और जल में स्थायी है क्योंकि यह गर्म जल या जलवायु के साथ उच्च ताप पर क्रिया करता है और साधारण ताप पर जल के साथ इसकी क्रिया मन्द होती है।
In simple words: Although aluminum is highly reactive and above hydrogen in the electrochemical series, it is stable in air and water because it quickly forms a thin, dense, and non-porous layer of aluminum oxide on its surface. This protective oxide layer prevents further reaction with air or water.

🎯 Exam Tip: The formation of a stable, impervious oxide layer is known as passivation and is a key reason why highly reactive metals like aluminum can appear unreactive under normal conditions.

 

Question 8. Zn तथा Fe, कॉपर सल्फेट (CuSO4) में Cu को विस्थापित कर सकते हैं, परन्तु Pt और Ag नहीं करते। कारण स्पष्ट कीजिए।
या
Zn, CuSO4 विलयन से कॉपर को विस्थापित कर सकता है जबकि सोना (Ag) ऐसा नहीं कर सकता है। क्यों?
Answer:
उत्तर
कम इलेक्ट्रोड विभव वाली धातु अधिक इलेक्ट्रोड विभव वाली धातु को उसके लवण के विलयन में से प्रतिस्थापित कर देती है। विद्युत रासायनिक श्रेणी में नीचे की ओर चलने पर इलेक्ट्रोड विभव कम होता जाता है। चूंकि विद्युत रासायनिक श्रेणी में Zn तथा Fe धातुएँ Cu से नीचे स्थित हैं अतः इनका इलेक्ट्रोड विभव Cu से कम होता है और ये Cu को उसके लवण विलयन CuSO4 में से विस्थापित कर देती हैं, जबकि Pt और Ag का स्थान विद्युत रासायनिक श्रेणी में Cu से ऊपर होता है जिसके कारण इनका इलेक्ट्रोड विभव Cu से अधिक होता है। इसी कारण से ये Cu को इसके लवण विलयन में से विस्थापित नहीं कर पाती हैं।
In simple words: Zinc and Iron are more reactive than copper (have lower standard reduction potentials) and can therefore displace copper from copper sulfate solution. Platinum and Silver are less reactive than copper (have higher standard reduction potentials) and thus cannot displace copper from its solution.

🎯 Exam Tip: A metal can displace another metal from its salt solution only if it is more reactive (has a more negative standard reduction potential) than the metal in the salt.

 

Question 9. सिल्वर नाइट्रेट के घोल में कॉपर की छड़ डालने पर घोल नीला क्यों हो जाता है?
Answer:
उत्तर
वैद्युत रासायनिक श्रेणी का प्रत्येक तत्त्व अपने से नीचे स्थित तत्त्वों को उसके विलयन से विस्थापित कर सकता है। श्रेणी में Cu का स्थान Ag से ऊपर है. अत: यह AgNO3 से निम्नलिखित क्रिया देगा -
\( \text{Cu} + 2\text{AgNO}_3 \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{NO}_3^{-} + 2\text{Ag} \)
इस प्रकार विलयन में क्यूप्रिंक आयन (\( \text{Cu}^{2+} \)) विद्यमान होने से विलयन का रंग नीला हो जायेगा।
In simple words: Copper is more reactive than silver, so when a copper rod is placed in silver nitrate solution, copper displaces silver. This forms colorless silver metal and blue copper(II) ions (\( \text{Cu}^{2+} \)), causing the solution to turn blue.

🎯 Exam Tip: This is a single displacement reaction. Remember that \( \text{Cu}^{2+} \) ions are responsible for the blue color in aqueous solutions, and knowing the relative reactivity of metals from the electrochemical series is key to predicting such reactions.

 

Question 10. विशिष्ट चालकता से क्या तात्पर्य है? इसका मात्रक क्या है?
Answer:
उत्तर
किसी चालक के विशिष्ट प्रतिरोध के व्युत्क्रम को उस चालक की विशिष्ट चालकता (या केवल चालकता) कहते हैं। इसे ग्रीक अक्षर K (कप्पा, kappa) से निरूपित किया जाता है।
\( \text{k} = \frac{1}{\text{p}} \)
विशिष्ट चालकता के मात्रक ओम-1 सेमी-1 या \( \Omega^{-1} \) सेमी-1 या S सेमी-1 हैं।
In simple words: Specific conductivity (kappa) is the reciprocal of specific resistance (resistivity). It measures the ability of a material to conduct electricity and is expressed in units like ohm-1 cm-1 or S cm-1.

🎯 Exam Tip: Remember that specific conductivity is an intrinsic property of a material, independent of its dimensions, unlike conductance, which depends on length and cross-sectional area.

 

Question 11. एक विद्युत अपघटय विलयन की मोलर चालकता को परिभाषित कीजिए तथा उसके मात्रक लिखिए।
Answer:
उत्तर
किसी विलयन के एक निश्चित आयतन में उपस्थित एक विद्युत अपघटय पदार्थ के एक मोल द्वारा उपलब्ध कराये गये आयनों की चालकता को मोलर चालकता कहते हैं। इसे \( \Lambda_m \) से प्रदर्शित करते हैं। मोलर चालकता के मात्रक ओम-1 सेमी2 मोल-1 या S सेमी2 मोल-1 हैं।
In simple words: Molar conductivity is the conductivity of a solution containing one mole of an electrolyte, measured when the electrodes are one centimeter apart and have a large enough area to contain the entire solution. Its units are typically S cm2 mol-1.

🎯 Exam Tip: Molar conductivity measures the efficiency with which a given concentration of electrolyte conducts electricity. It is directly related to specific conductivity (kappa) and the molar concentration of the electrolyte.

 

Question 12. कोलराउश का नियम क्या है?
Answer:
उत्तर
इस नियम के अनुसार, “किसी विद्युत अपघटय की अनन्त तनुता पर चालकता इसके धनायनों तथा ऋणायनों की मोलर चालकताओं के योग के बराबर होती है, यदि प्रत्येक चालकता पद को विद्युत अपघटय सूत्र में उपस्थित संगत आयनों की संख्या से गुणा किया जाये।”
In simple words: Kohlrausch's Law states that at infinite dilution, the molar conductivity of an electrolyte is the sum of the individual molar conductivities of its constituent cations and anions, each multiplied by the number of ions produced by the electrolyte.

🎯 Exam Tip: This law is especially useful for determining the molar conductivity at infinite dilution for weak electrolytes, as it allows calculation from the known molar conductivities of strong electrolytes.

 

Question 13. मोलर चालकता तथा तुल्यांक चालकता में क्या सम्बन्ध है?
Answer:
उत्तर
मोलर चालकता तथा तुल्यांक चालकता में निम्नलिखित सम्बन्ध है -
In simple words: Molar conductivity (\( \Lambda_m \)) is the conductivity of a solution containing one mole of electrolyte, while equivalent conductivity (\( \Lambda_{eq} \)) is the conductivity of a solution containing one gram equivalent of electrolyte. The relationship is \( \Lambda_m = \text{Valency} \times \Lambda_{eq} \), where valency refers to the charge on the ion or the number of replaceable H+ or OH- ions.

🎯 Exam Tip: For monovalent electrolytes, molar conductivity and equivalent conductivity are equal. For polyvalent electrolytes, molar conductivity is a multiple of equivalent conductivity by the valency factor.

 

Question 14. विद्युत अपघटन की क्रियाविधि उपयुक्त उदाहरण सहित समझाइए।
Answer:
उत्तर
किसी विद्युत अपघटय का विद्युत धारा द्वारा अपघटन विद्युत अपघटन कहलाता है। उदाहरणार्थ- गलित सोडियम क्लोराइड में विद्युत धारा प्रवाहित करने पर यह सोडियम और क्लोरीन में अपघटित हो जाता है।
\[ \text{2NaCl (गलित सोडियम क्लोराइड)} \xrightarrow{\text{विद्युत अपघटन}} \text{2Na (सोडियम)} + \text{Cl}_2 \text{(क्लोरीन)} \]
In simple words: Electrolysis is the process where an electric current is passed through an electrolyte (molten or solution) to cause a non-spontaneous chemical reaction. For example, in molten sodium chloride, electricity decomposes it into sodium metal and chlorine gas.

🎯 Exam Tip: Remember that electrolysis uses electrical energy to drive non-spontaneous redox reactions, with oxidation occurring at the anode and reduction at the cathode.

 

Question 15. फैराडे का विद्युत अपघटन का प्रथम नियम लिखिए।
Answer:
उत्तर इस नियम के अनुसार, “विद्युत अपघटन की प्रक्रिया में किसी इलेक्ट्रोड विशेष पर मुक्त (अथवा एकत्रित) पदार्थ का द्रव्यमान विलयन में प्रवाहित की गई विद्युत की मात्रा (कुल आवेश) के समानुपाती होता है।”
In simple words: Faraday's First Law of Electrolysis states that the mass of a substance deposited or liberated at any electrode is directly proportional to the quantity of electricity (charge) passed through the electrolyte.

🎯 Exam Tip: Mathematically, this law is expressed as \( \text{W} = \text{Z} \times \text{Q} \), where W is the mass, Q is the charge, and Z is the electrochemical equivalent of the substance.

 

Question 16. फैराडे का विद्युत अपघटन का द्वितीय नियम लिखिए।
Answer:
उत्तर इस नियम के अनुसार, “जब श्रेणीक्रम में जुड़े विभिन्न विद्युत अपघटयों के विलयनों में समान मात्रा में विद्युत प्रवाहित की जाती है, तो इलेक्ट्रोडों पर मुक्त (या एकत्रित) पदार्थों के द्रव्यमान उनके तुल्यांक भारों के समानुपाती होते हैं।' अर्थात्
\( \frac{\text{W}_1}{\text{E}_1} = \frac{\text{W}_2}{\text{E}_2} = \frac{\text{W}_3}{\text{E}_3} \)
In simple words: Faraday's Second Law of Electrolysis states that when the same quantity of electricity is passed through different electrolytes connected in series, the masses of the substances deposited or liberated at the electrodes are directly proportional to their equivalent weights.

🎯 Exam Tip: This law highlights the relationship between mass deposited and equivalent weight, which is the atomic mass divided by the valency (n-factor) of the ion involved in the redox reaction.

 

Question 17. विद्युत लेपन को उदाहरण द्वारा संक्षेप में समझाइए।
Answer:
उत्तर
विद्युत अपघटन द्वारा कम सक्रिय धातु की कलई अधिक सक्रिय धातु पर चढ़ाई जाती है। इस प्रक्रिया को विद्युत लेपन कहते हैं। धातुओं की होने वाली अवांछनीय संक्षारण क्रिया को विद्युत लेपन द्वारा रोका जाता है।
उदाहरणार्थ - लोहे की चादर पर जिंक या टिन का लेप किया जाता है। क्योंकि जिंक या टिन की सक्रियता लोहे से कम है।
In simple words: Electroplating is an electrochemical process used to coat a less active metal onto a more active metal, typically to prevent corrosion or for decorative purposes. For instance, iron can be electroplated with zinc or tin to protect it, as these metals form a sacrificial layer.

🎯 Exam Tip: In electroplating, the object to be coated acts as the cathode, and the coating metal acts as the anode, with an electrolyte containing ions of the coating metal.

लघु उत्तरीय प्रश्न

 

Question 1. विद्युत अपघटनी सेल तथा गैल्वेनी सेल में अन्तर स्पष्ट कीजिए।
Answer:
उत्तर
विद्युत अपघटनी सेल तथा गैल्वेनी सेल में निम्न अन्तर हैं -

In simple words: An electrolytic cell uses electrical energy to drive non-spontaneous chemical reactions, converting electrical energy into chemical energy, and both electrodes are often in one container. A galvanic cell, conversely, generates electrical energy from spontaneous chemical reactions, converting chemical energy into electrical energy, with electrodes typically in separate compartments.

🎯 Exam Tip: Focus on the energy conversion (electrical to chemical vs. chemical to electrical) and the spontaneity of the reaction to differentiate between electrolytic and galvanic cells.

 

Question 2. इलेक्ट्रोड विभव किसे कहते हैं? इसका मान किन-किन कारकों पर निर्भर करता है?
Answer:
उत्तर
जब किसी धातु (इलेक्ट्रोड) को उसी धातु के किसी लवण विलयन में रखा जाता है तो धातु तथा विलयन के सम्पर्क स्थल पर वैद्युत द्विक-स्तर (electrical double layer) उत्पन्न हो जाता है जिसके फलस्वरूप धातु तथा विलयन के मध्य विभवान्तर उत्पन्न हो जाता है जिसे इलेक्ट्रोड विभव (electrode potential) कहते हैं। इसे \( \text{E}^{\circ} \) से प्रकट करते हैं और इसे वोल्ट में मापा जाता है। उदाहरणार्थ-जब कॉपर की छड़, कॉपर सल्फेट के विलयन में डुबोई जाती है तो कॉपर की छड़, विलयन के सापेक्ष ऋणावेशित हो जाती है जिससे कॉपर धातु और कॉपर आयनों के मध्य विभवान्तर उत्पन्न हो जाता है।
\( \text{Cu (s)} \rightleftharpoons \text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^{-} \)
इस विभवान्तर को कॉपर इलेक्ट्रोड का विभव कहते हैं । इलेक्ट्रोड विभव निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करता है -
1. चालक की प्रकृति - जिस इलेक्ट्रोड की चालकता अधिक होगी वह उतना ही अधिक इलेक्ट्रोड विभवे उत्पन्न करता है।
2. धात्विक आयन की विलयन में सान्द्रता - सान्द्रता बढ़ाने पर इलेक्ट्रोड विभव को मान घटता है, क्योंकि सान्द्रता बढ़ाने पर आयनन घट जाता है, फलस्वरूप चालकता कम हो जाती है।
3. तापक्रम - इलेक्ट्रोड विभव का मान ताप पर भी निर्भर करता है जो ताप बढ़ाने पर आयनन बढ़ जाने के कारण बढ़ता है।
In simple words: Electrode potential is the electrical potential difference established between a metal and its ion solution due to the formation of an electrical double layer. It depends on the nature of the electrode (metal), the concentration of its ions in the solution, and the temperature of the system.

🎯 Exam Tip: The Nernst equation precisely quantifies the dependence of electrode potential on ion concentration and temperature, in addition to the inherent standard electrode potential of the metal.

 

Question 3. मानक इलेक्ट्रोड विभव क्या है? इलेक्ट्रोड विभव (E) और मानक इलेक्ट्रोड विभव (E°) में सम्बन्ध लिखिए ।
या
टिप्पणी लिखिए-नेर्नस्ट समीकरण ।
Answer:
उत्तर
मानकं इलेक्ट्रोड विभव - किसी धातु की छड़ को 25°C पर एक मोलर धातु आयन सान्द्रता के विलयन में डुबोने पर धातु और विलयन के मध्य जो विभवान्तर उत्पन्न होता है उसे धातु का मानक इलेक्ट्रोड विभव (\( \text{E}^{\circ} \)) कहते हैं।
इलेक्ट्रोड विभव (E) और मानक इलेक्ट्रोड विभव (\( \text{E}^{\circ} \)) में सम्बन्ध
माना एक इलेक्ट्रोड अभिक्रिया इस प्रकार है -
नेर्नस्ट के अनुसार, किसी ताप T पर धातु इलेक्ट्रोड \( \text{M}|\text{M}^{n+} \) के विभव E और विलयन में धातु आयनों की सान्द्रता \( [\text{M}^{n+}] \) में निम्नलिखित सम्बन्ध होता है,
\[ \text{E} = \text{E}^{\circ} - \frac{2.303 \text{ RT}}{\text{nF}} \log_{10} \frac{1}{[\text{M}^{n+}]} \]
इसे नेर्नस्ट समीकरण भी कहते हैं। जहाँ \( \text{E}^{\circ} \) धातु का मानक इलेक्ट्रोड विभव (वोल्ट में), R गैस नियतांक (R= 8.312 \( \text{JK}^{-1} \text{mol}^{-1} \)), T परम ताप (केल्विन में), F फैराडे नियतांक (F = 96,485 C \( \text{mol}^{-1} \)), n इलेक्ट्रोड अभिक्रिया में भाग लेने वाले इलेक्ट्रॉनों के मोलों की संख्या तथा \( [\text{M}^{n+}] \) विलयन में धातु आयनों की सक्रियता (activity) अथवा मोल प्रति लीटर में व्यक्त सान्द्रता है।
In simple words: Standard electrode potential (E°) is the electrode potential measured under standard conditions (25°C, 1 M ion concentration, 1 atm pressure for gases). The Nernst equation relates the actual electrode potential (E) to the standard electrode potential (E°), temperature, number of electrons transferred, and ion concentration.

🎯 Exam Tip: Understand that E° is a fixed value for a given half-cell under standard conditions, while E is the potential under non-standard conditions, calculated using the Nernst equation's explicit dependence on concentration and temperature.

 

Question 4. निम्नलिखित सेल के विद्युत वाहक बल की गणना कीजिए -
Cu | Cu++ (1M) | Ag+ (1M) | Ag
दिया है : \( \text{E}^{\circ}_{\text{Cu}^{2+} | \text{Cu}}= + 0.34 \text{ volt} \)
\( \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+} | \text{Ag}} = + 0.80 \text{ volt} \)
Answer:
हल
\[ \text{Cu | Cu}^{2+} \text{(1M)} || \text{Ag}^{+} \text{(1M)} | \text{Ag} \]
सेल का अर्द्ध अभिक्रिया समी०
\( \text{Cu} \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{e}^{-} \) (ऑक्सीकरण) (ऐनोड)
\( 2\text{Ag}^{+} + 2\text{e}^{-} \rightarrow 2\text{Ag} \) (अपचयन) (कैथोड)
सेल का पूर्ण अभिक्रिया समीकरण
\( \text{Cu(s)} + 2\text{Ag}^{+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Cu}^{2+} + 2\text{Ag} \)
\( \text{E}_{\text{Ag}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} - \frac{0.0591}{n} \log_{10} \frac{1}{[\text{Ag}^{+}]} \)
\( = + 0.80 - \frac{0.0591}{1} \log_{10} 1 = + 0.80 \text{ Volt} \)
\( \text{E}_{\text{Cu}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}} - \frac{0.0591}{2} \log_{10} [\text{Cu}^{2+}] \)
\( = + 0.34 - \frac{0.0591}{2} \log_{10} 1 = + 0.34 \)
\( \text{E}_{\text{cell}} = \text{E}_{\text{cathode}} - \text{E}_{\text{anode}} = 0.80 - 0.34 = 0.46 \text{ Volt} \)
In simple words: To calculate the EMF of the cell, first identify the oxidation and reduction half-reactions. Since concentrations are 1M, the Nernst equation simplifies to the standard cell potential. Subtract the standard reduction potential of the anode (oxidation) from that of the cathode (reduction) to find the overall cell potential.

🎯 Exam Tip: In cells with 1M concentrations for all ions involved, the electrode potentials simplify to their standard values, and the cell EMF is simply E°cell = E°cathode - E°anode.

 

Question 5. निम्नलिखित सेल का e.m.f. निकालिए। यह भी बताइए कि कौन-सा इलेक्ट्रोड धन ध्रुव और कौन-सा ऋण ध्रुव है? सेल में होने वाली अर्द्ध अभिक्रियाएँ और पूर्ण अभिक्रियाएँ लिखिए -
Ni | Ni++ (0.1M) || Ag+ (0.1M) | Ag
\( \text{E}^{\circ}_{\text{Ni}^{++} | \text{Ni}}= - 0.25 \text{ v} \) और \( \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+} | \text{Ag}}= + 0.80 \text{ V} \)
Answer:
हल
\[ \text{Ni | Ni}^{++} \text{(0.1M)} || \text{Ag}^{+} \text{(0.1M)} | \text{Ag} \]
सेल का अर्द्ध अभिक्रिया समी०
\( \text{Ni(s)} \rightarrow \text{Ni}^{++}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \) (ऑक्सीकरण) (ऐनोड - ऋण ध्रुव)
\( 2\text{Ag}^{+}(\text{aq}) + 2\text{e}^{-} \rightarrow 2\text{Ag} \) (अपचयन) (कैथोड - धन ध्रुव)
सेल का पूर्ण अभिक्रिया समी०
\( \text{Ni(s)} + 2\text{Ag}^{+}(\text{aq}) \rightarrow \text{Ni}^{++}(\text{aq}) + 2\text{Ag(s)} \)
\( \text{E}_{\text{Ag}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Ag}^{+}/\text{Ag}} - \frac{0.059}{n} \log_{10} \frac{1}{[\text{Ag}^{+}]} \)
\( = 0.80 - \frac{0.059}{1} \log_{10} \frac{1}{0.1} \)
\( = 0.80 - 0.059 \times 1 = 0.741 \text{ V} \)
\( \text{E}_{\text{Ni}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Ni}^{++}/\text{Ni}} - \frac{0.059}{n} \log_{10} [\text{Ni}^{++}] \)
\( = - 0.25 - \frac{0.059}{2} \log_{10} 0.1 \)
\( = - 0.25 - 0.0295 \times (-1) = -0.25 + 0.0295 = -0.2205 \text{ V} \) (Mistake in calculation, re-evaluate: \( -0.25 - 0.0295 \times (-1) = -0.25 + 0.0295 = -0.2205 \text{ V} \). The OCR output shows -0.279 V, this might be due to slightly different constants or rounding, but I will stick to the calculation based on 0.059/2. Let's use 0.059/2 for consistency if the OCR result is derived from it. The OCR calculations are: \( -0.25 - \frac{0.059}{2} \log_{10} 10^{-1} = -0.25 - 0.0295 \times (-1) = -0.25 + 0.0295 = -0.2205 \text{ V} \). The provided solution shows -0.279V, which would imply using a different base or a mistake. Sticking to the rules, I will present the calculation as it seems intended, and use the value derived from it. Let's re-check the OCR calculation: `0.25 - 0.029 = -0.279 V`. This implies 0.029 is a negative number or subtraction.
Let's recalculate based on \( \text{E}_{\text{Ni}} = \text{E}^{\circ}_{\text{Ni}^{2+}/\text{Ni}} - \frac{0.059}{2} \log_{10} \frac{1}{[\text{Ni}^{2+}]} = -0.25 - \frac{0.059}{2} \log_{10} \frac{1}{0.1} = -0.25 - 0.0295 \log_{10} 10 = -0.25 - 0.0295 = -0.2795 \text{ V} \). This matches the OCR result of -0.279 V when rounded to three decimal places. So the original OCR line was an error in transcription, the calculation is consistent with the output.
\( \text{E}_{\text{cell}} = \text{E}_{\text{cathode}} - \text{E}_{\text{anode}} = 0.741 - (-0.279) = 1.020 \text{ V} \)
In simple words: First, determine the anode (Nickel, negative pole, where oxidation occurs) and cathode (Silver, positive pole, where reduction occurs) based on their standard potentials. Then, use the Nernst equation to calculate the potential for each electrode at the given non-standard concentrations. Finally, subtract the anode potential from the cathode potential to find the cell's EMF.

🎯 Exam Tip: Always identify the anode (oxidation) and cathode (reduction) correctly by comparing their standard reduction potentials. The metal with the more negative potential will be oxidized (anode), and the one with the more positive potential will be reduced (cathode).

 

Question 6. वैद्युत रासायनिक श्रेणी किसे कहते हैं? इसके प्रमुख लक्षण तथा दो प्रमुख उपयोग लिखिए।

Answer: वैद्युत रासायनिक श्रेणी-विभिन्न धातुओं तथा अधातुओं के मानक इलेक्ट्रोड विभवों (अपचयन विभव) को बढ़ते हुए क्रम में रखने पर जो श्रेणी प्राप्त होती है, उसे वैद्युत रासायनिक श्रेणी कहते हैं। वैद्युत रासायनिक श्रेणी के लक्षण
1. श्रेणी में ऊपर से नीचे की ओर जाने पर तत्त्वों की अपचयन क्षमता घटती है, जबकि नीचे से ऊपर जाने पर अपचयन क्षमता बढ़ती है।
2. हाइड्रोजन से ऊपर के सभी तत्त्व अम्लों से अभिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस मुक्त करते हैं, जबकि नीचे वाले तत्त्व अम्लों से अभिक्रिया करके हाइड्रोजन गैस मुक्त नहीं करते।
3. हाइड्रोजन से ऊपर के सभी तत्त्व जल या भाप के साथ क्रिया करके H, गैस देते हैं।
4. जिस तत्त्व का अपचयन विभव जितना अधिक होता है, वह उतना ही प्रबल ऑक्सीकारक होता है।
5. जिस तत्त्व का अपचयन विभव जितना कम होता है, वह उतना ही प्रबल अपचायक होता है।
6. श्रेणी का ऊपर वाला तत्त्व नीचे वाले तत्त्व को उसके विलयन से विस्थापित कर देता है। उपयोग - वैद्युत रासायनिक श्रेणी के दो उपयोग निम्नवत् हैं -
1. किसी सेल के मानक वैद्युत वाहक बल का निर्धारण करने में,
2. धातुओं की क्रियाशीलता की तुलना करने में।
In simple words: वैद्युत रासायनिक श्रेणी, विभिन्न धातुओं और अधातुओं के मानक इलेक्ट्रोड विभवों को बढ़ते क्रम में दर्शाती है। यह तत्वों की अपचायक और ऑक्सीकारक क्षमता को समझने में मदद करती है, जिससे सेल के विभव की गणना और धातुओं की क्रियाशीलता की तुलना करना आसान हो जाता है।

🎯 Exam Tip: वैद्युत रासायनिक श्रेणी की परिभाषा, लक्षण और उपयोगों को उदाहरणों के साथ याद रखें, खासकर धातुओं की विस्थापन क्षमता और सेल विभव निर्धारण के संबंध में।

 

Question 7. गरम करने पर HgO अपघटित हो जाता है परन्तु MgO नहीं। क्यों?

Answer: जो धातु विद्युत रासायनिक श्रेणी में Cu से नीचे हैं उनके ऑक्साइड कम स्थायी होते हैं और वे गर्म करने पर आसानी से अपघटित हो जाते हैं। 2HgO [latex s=2]\underrightarrow { \triangle } [/latex] 2Hg + O2 MgO [latex s=2]\underrightarrow { \triangle } [/latex] कोई विघटन नहीं
In simple words: विद्युत रासायनिक श्रेणी में नीचे स्थित धातुओं के ऑक्साइड कम स्थिर होते हैं और आसानी से गर्म करने पर टूट जाते हैं, जबकि ऊपर स्थित धातुओं के ऑक्साइड अधिक स्थिर होते हैं और गर्म करने पर नहीं टूटते।

🎯 Exam Tip: धातु के ऑक्साइडों की स्थिरता और विद्युत रासायनिक श्रेणी में उनकी स्थिति के संबंध को स्पष्ट रूप से समझाएं। उदाहरणों के साथ यह अवधारणा महत्वपूर्ण है।

 

Question 8. निम्नलिखित को कारण सहित समझाइए –
1. क्लोरीन KI विलयन से I2 को विस्थापित कर देती है परन्तु I2, KBr विलयन से ब्रोमीन को विस्थापित नहीं करती है। क्यों ?
2. Hg+ H2SO4 → HgSO4 + H2 उपर्युक्त अभिक्रिया सम्भव नहीं है।

Answer:
1. Cl2 की ऑक्सीकारक क्षमता आयोडीन से अधिक है इसलिए Cl2 KI विलयन से आयोडीन को विस्थापित कर देती है।
2KI + Cl2 → 2KCl + I2
I2 की ऑक्सीकारक क्षमता ब्रोमीन से कम है इसलिए I2, KBr विलयन से ब्रोमीन को विस्थापित नहीं कर पाती है।
2KBr + I2 → कोई अभिक्रिया नहीं
2. Hg विद्युत रासायनिक श्रेणी में हाइड्रोजन से नीचे है इसलिए Hg, H2SO4 से हाइड्रोजन को विस्थापित नहीं कर पाती है।
Hg+ H2SO4 → कोई अभिक्रिया नहीं
In simple words: अधिक ऑक्सीकारक क्षमता वाले तत्व कम ऑक्सीकारक क्षमता वाले तत्व को उसके लवण के विलयन से विस्थापित करते हैं। विद्युत रासायनिक श्रेणी में हाइड्रोजन से नीचे स्थित धातुएँ अम्लों से हाइड्रोजन को विस्थापित नहीं कर पाती हैं।

🎯 Exam Tip: ऑक्सीकारक क्षमता और विद्युत रासायनिक श्रेणी में तत्वों की स्थिति के आधार पर विस्थापन अभिक्रियाओं की संभावना को समझाएं।

 

Question 9. कोलराउश के नियम की सहायता से आप ऐसीटिक अम्ल की अनन्त तनुता पर मोलर चालकता किस प्रकार ज्ञात करेंगे?

Answer: कोलराउश के नियम की सहायता से किसी दुर्बल विद्युत अपघटय की अनन्त तनुता पर मोलर चालकता का निर्धारण आसानी से किया जा सकता है। जैसे- CH3COOH के लिए \( \Delta^{\circ}_{m} \) का मान निम्न प्रकार से प्राप्त किया जा सकता है – कोलराउश के नियम के अनुसार, यदि H⁺ आयन तथा CH3COO¯ आयन के लिए अनन्त तनुता पर मोलर चालकताओं के मान ज्ञात हैं। तो उपर्युक्त समीकरण की सहायता से CH3COOH के लिए \( \Delta^{\circ}_{m} \) का मान आसानी से ज्ञात किया जा सकता है। यदि आयनिक चालकताएँ ज्ञात नहीं हैं तो निम्न परोक्ष विधि का प्रयोग किया जाता है। परोक्ष विधि में तीन (या अधिक) ऐसे प्रबल विद्युत अपघटयों का चुनाव किया जाता है जिनके \( \Delta^{\circ}_{m} \) के मानों के योग/अन्तर से विचाराधीन दुर्बल विद्युत अपघटय के \( \Delta^{\circ}_{m} \) का मान प्राप्त किया जा सके जैसे- CH3COOH के \( \Delta_{m} \) के मान को निर्धारित करने के लिए HCl, CH3COONa तथा NaCl का चुनाव किया जाता है और इनके \( \Delta^{\circ}_{m} \) के मानों को बहिर्वेशन विधि द्वारा ज्ञात कर लिया जाता है। कोलराउश के नियम के अनुसार, \( \Delta_{m}^{\circ} \) (HCl) = \( \lambda_{H^+}^{\circ} + \lambda_{Cl^-}^{\circ} \) ...(ii) \( \Delta_{m}^{\circ} \) (CH3COONa) = \( \lambda_{CH_3COO^-}^{\circ} + \lambda_{Na^+}^{\circ} \) ...(iii) \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NaCl) = \( \lambda_{Na^+}^{\circ} + \lambda_{Cl^-}^{\circ} \) ...(iv) समीकरण (ii) व (iii) के योग में से समीकरण (iv) को घटाने पर
\( \Delta_{m}^{\circ} \) (HCl) + \( \Delta_{m}^{\circ} \) (CH3COONa) - \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NaCl)
\( = (\lambda_{H^+}^{\circ} + \lambda_{Cl^-}^{\circ}) + (\lambda_{CH_3COO^-}^{\circ} + \lambda_{Na^+}^{\circ}) - (\lambda_{Na^+}^{\circ} + \lambda_{Cl^-}^{\circ}) \)
\( = \lambda_{H^+}^{\circ} + \lambda_{CH_3COO^-}^{\circ} = \Delta_{m}^{\circ} \) (CH3COOH) इस प्रकार,
\( \Delta_{m}^{\circ} \) (CH3COOH) = \( \Delta_{m}^{\circ} \) (HCl) + \( \Delta_{m}^{\circ} \) (CH3COONa) - \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NaCl) HCl, CH3COONa तथा NaCl के \( \Delta_{m}^{\circ} \) के मान ज्ञात होने पर उपर्युक्त समीकरण की सहायता से CH3COOH के लिए \( \Delta_{m}^{\circ} \) के मान की गणना की जा सकती है। इसी प्रकार,
\( \Delta_{m}^{\circ} \) (NH4OH) = \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NH4Cl) + \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NaOH) - \( \Delta_{m}^{\circ} \) (NaCl)
In simple words: कोलराउश का नियम हमें दुर्बल अम्लों की अनंत तनुता पर चालकता की गणना करने में मदद करता है। हम प्रबल इलेक्ट्रोलाइट्स की ज्ञात चालकता मानों का उपयोग करके दुर्बल इलेक्ट्रोलाइट के लिए आवश्यक आयनों की चालकता की गणना करते हैं।

🎯 Exam Tip: कोलराउश के नियम का उपयोग करते हुए दुर्बल विद्युत अपघट्यों की मोलर चालकता की गणना करने की प्रक्रिया को याद रखें, विशेषकर एसिटिक एसिड के उदाहरण को।

 

Question 10. क्या कारण है कि गलित कैल्शियम हाइड्राइड का विद्युत अपघटन करने पर हाइड्रोजन ऐनोड पर मुक्त होती है? समझाइए ।

Answer: गलित CaH2 में हाइड्रोजन हाइड्राइड आयन H⁻ के रूप में रहता है और विद्युत अपघटन करने पर H⁻ को ऑक्सीकरण होता है। CaH2 → Ca2+ + 2H⁻ 2H⁻ → H2 +2e⁻ (ऐनोड)
In simple words: गलित कैल्शियम हाइड्राइड में, हाइड्राइड आयन (H⁻) ऑक्सीकृत होकर हाइड्रोजन गैस बनाता है, जो एनोड पर मुक्त होती है।

🎯 Exam Tip: विद्युत अपघटन प्रक्रियाओं में आयनों की गति और ऑक्सीकरण-अपचयन अभिक्रियाओं को ध्यान में रखें, विशेषकर हाइड्राइड आयनों के व्यवहार को।

दीर्घ उत्तरीय प्रश्न

 

Question 1. निम्न सेलों की संरचना तथा कार्य प्रणाली का वर्णन कीजिए
1. शुष्क सेल तथा
2. मर्करी सेल ।

Answer:
1. शुष्क सेल – यह सबसे अधिक प्रयोग किए जाने वाला प्राथमिक व्यापारिक सेल है। एक सामान्य शुष्क सेल को संलग्न चित्र में दर्शाया गया है। इसमें जिंक धातु से बना एक पात्र होता है जो ऐनोड का कार्य करता है। MnO2 + C चूर्ण से घिरी एक ग्रेफाइट छड़ कैथोड का कार्य करती है। जिंक पात्र तथा ग्रेफाइट छड़ के मध्य के रिक्त स्थान में NH4Cl तथा ZnCl2 का एक नम पेस्ट भरा रहता है। जिंक पात्र के चारों ओर गत्ते का आवरण चढ़ा रहता है। सेल के ऊपरी सिरे को मोम अथवा पिच (pitch) से सील कर दिया जाता है।
ℹ️ चित्र व्याख्या (Diagram Explanation): यह एक सामान्य शुष्क सेल की संरचना को दर्शाता है, जिसमें एक जिंक कंटेनर (एनोड) होता है। इसके केंद्र में एक ग्रेफाइट कैथोड होता है, जो मैंगनीज डाइऑक्साइड और कार्बन पाउडर से घिरा होता है। पूरे सेल को अमोनियम क्लोराइड और जिंक क्लोराइड के नम पेस्ट से भरा जाता है, और एक पीतल की टोपी से सील किया जाता है। इस सेल में जटिल रासायनिक अभिक्रियाएँ होती हैं। इन अभिक्रियाओं को सरल रूप में निम्न प्रकार से व्यक्त किया जा सकता है- ऐनोड पर – Zn(s) \( \implies \) Zn2+ + 2e⁻ कैथोड पर – MnO2 + NH⁺4 +e⁻ \( \implies \) MnO(OH) + NH3 ऐनोड पर जिंक ऑक्सीकृत होकर Zn2+ आयनों में परिवर्तित होता है। कैथोड पर मैंगनीज +4 अवस्था से +3 ऑक्सीकरण अवस्था में अपचयित होता है। कैथोड अभिक्रिया में उत्पन्न अमोनिया ऐनोडिक अभिक्रिया में उत्पन्न Zn2+ आयनों से संयोग कर Zn(NH3)⁺4 आयनों का निर्माण करती है। Zn2+ आयनों के NH3 अणुओं द्वारा जटिलीकरण के कारण मुक्त Zn2+ आयनों की सान्द्रता घट जाती है। जिससे सेल की वोल्टता (voltage) में वृद्धि होती है। शुष्क सेल का विभव लगभग 1.25 - 1.5 V होता है। इन सेलों की आयु अधिक नहीं होती है क्योंकि सेल में प्रयुक्त NH4Cl अम्लीय प्रकृति का होता है और प्रयोग में न लेने की अवस्था में भी जिंक पात्र का संक्षारण (corrosion) करता रहता है। यह एक प्राथमिक सेल है तथा इसे पुनः आवेशित करना सम्भव नहीं है।
(ii) मर्करी सेल – मर्करी सेल एक विशेष प्रकार का शुष्क सेल है जिसका उपयोग प्रायः घड़ी, कैमरा आदि छोटे यन्त्रों में ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाता है। मर्करी सेल में जिंक-मर्करी अमलगम ऐनोड के रूप में कार्य करता है। मरक्यूरिक ऑक्साइड (HgO) तथा कार्बन का एक पेस्ट कैथोड का कार्य करता है। पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) तथा जिंक ऑक्साइड (ZnO) के एक पेस्ट को विद्युत अपघटय के रूप में प्रयोग में लाया जाता है। सेल में निम्न अभिक्रियाएँ होती हैं – ऐनोड पर – Zn (amalgam) + 2OH⁻ \( \implies \) ZnO(s) + H2O+ 2e⁻ कैथोड पर – HgO(s) + H2O+ 2e⁻ \( \implies \) Hg(I) + 2OH⁻ नेट सेल अभिक्रिया – Zn(amalgam) + HgO(s) \( \implies \) ZnO(s) + Hg(l) इस सेल की सेल अभिक्रिया में विलयन में उपस्थित कोई ऐसा आयन निहित नहीं है जिसकी सान्द्रता में परिवर्तन हो सकता हो। इस कारण इस सेल का सेल विभव केवल प्रयोग की अवधि में ही नहीं अपितु इसके सम्पूर्ण कार्यकाल में स्थिर रहता है। इसका सेल विभव लगभग 1.35 V है।
In simple words: शुष्क सेल और मर्करी सेल दोनों प्राथमिक सेल हैं, जो एक बार उपयोग के बाद रिचार्ज नहीं किए जा सकते। शुष्क सेल में जिंक एनोड और ग्रेफाइट कैथोड होता है, जबकि मर्करी सेल में जिंक-मर्करी अमलगम एनोड और मरक्यूरिक ऑक्साइड कैथोड होता है। मर्करी सेल की वोल्टता उपयोग के दौरान स्थिर रहती है।

🎯 Exam Tip: शुष्क सेल और मर्करी सेल की संरचना, इलेक्ट्रोडों और उनमें होने वाली रासायनिक अभिक्रियाओं को विस्तार से समझें। इन दोनों सेलों के उपयोग और सीमाएं भी महत्वपूर्ण हैं।

 

Question 2. एक लेड संचायक बैटरी की संरचना तथा कार्य प्रणाली का वर्णन कीजिए। इस बैटरी के पुनः आवेशन में निहित अभिक्रियाओं को लिखिए ।

Answer: लेड संचायक बैटरी – यह सबसे अधिक प्रयोग की जाने वाली संचायक बैटरी है। इसका उपयोग सभी स्वचालित वाहनों, जैसे-कार, बस आदि में तथा घरेलू ऊर्जा स्रोतों (power inverters) में किया जाता है। इसमें अनेक लेड संचायक सेल (lead storage cells) श्रेणीक्रम में व्यवस्थित होते हैं।
ℹ️ चित्र व्याख्या (Diagram Explanation): यह एक लेड संचायक बैटरी को दर्शाता है, जिसमें लेड (एनोड) और लेड डाइऑक्साइड (कैथोड) की प्लेटें होती हैं। ये प्लेटें तनु सल्फ्यूरिक अम्ल (38% द्रव्यमान द्वारा) में डूबी होती हैं। यह व्यवस्था बैटरी के कार्य करने और विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के तरीके को समझाती है। एक लेड संचायक सेल वास्तव में एक गैल्वेनिक सेल है जिसमें ऐनोड सूक्ष्म वितरित स्पंजी लेड (finely divided spongy lead) से पैक की गई लेड (या लेड-ऐन्टीमनी मिश्र धातु) की एक जाली का बना होता है, जबकि कैथोड लेड डाइऑक्साइड (PbO2) की एक परत युक्त एक लेड की जाली का बना होता है। विद्युत अपघटय के रूप में सल्फ्यूरिक अम्ल के एक तनु विलयन (लगभग 38% द्रव्यमानानुसार) का प्रयोग किया जाता है जिसका विशिष्ट घनत्व (specific gravity) 1.3 g cm⁻³ होता है। एक संचायक सेल का सेल विभव 2 वोल्ट होता है। लेड संचायक बैटरी बनाने के लिए अनेक लेड संचायक सेलों को श्रेणीक्रम में जोड़ा जाता है। सेल विभव (emf) 12 V प्राप्त करने के लिए 6 सेलों को तथा सेल विभव 24 V प्राप्त करने के लिए 12 सेलों को श्रेणीक्रम में जोड़ने की आवश्यकता होती है। एक लेड संचायक बैटरी में ऐनोड तथा कैथोड़ प्लेटें (जिन्हें ग्रिड (grids) कहा जाता है) एकान्तर रूप में व्यवस्थित होती हैं तथा सल्फ्यूरिक अम्ल के 38% विलयन में डूबी रहती हैं। ऐनोडों तथा कैथोडों को एक-दूसरे से पृथक् करने के लिए कुचालक पदार्थ से बने पृथक्कारकों (separators) को प्रयोग किया जाता है। ऐलोड तथा कैथोड प्लेटें पृथक् रूप से एक-दूसरे से जोड़ दी जाती हैं। इससे इलेक्ट्रोडों के पृष्ठ क्षेत्रफल में वृद्धि होती है तथा बैटरी की विद्युत उत्पादन क्षमता में वृद्धि हो जाती है। बैटरी में स्थित प्रत्येक सेल में निम्न इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएँ होती हैं – ऐनोड पर : Pb(s) + SO²⁻4(aq) \( \implies \) PbSO4 (5) + 2e⁻ कैथोड पर : PbO2 (s) + SO²⁻4 (aq) + 4H⁺ (aq) + 2e⁻ \( \implies \) PbSO4 (s) + 2H2O शुद्ध सेल अभिक्रिया : Pb (s) + PbO2 (s) + 4H⁺ (aq) + 2SO²⁻4 (aq) \( \implies \) 2PbSO4 (s) + 2H2O उपर्युक्त अभिक्रियाओं से स्पष्ट है कि सेल (बैटरी) से विद्युत-धारा ग्रहण करने की प्रक्रिया (discharging of the cell) में सल्फ्यूरिक अम्ल का उपभोग होता है और इस कारण सेल में उपस्थित सल्फ्यूरिक अम्ल तनु हो जाता है एवं इसका विशिष्ट घनत्व कम हो जाता है। दोनों प्रकार के इलेक्ट्रोडों पर PbSO4 का सफेद अवक्षेप जमा हो जाता है। जब सल्फ्यूरिक अम्ल का विशिष्ट घनत्व 1.2 g cm⁻³ से कम हो जाता है तथा दोनों प्रकार के इलेक्ट्रोड PbSO4 से आच्छादित हो जाते हैं तो सेल अभिक्रिया रुक जाती है। ऐसे सेल (बैटरी) को निरावेशित (discharged) कहा जाता है। इस स्थिति में सेल (बैटरी) को पुनः आवेशित करने की आवश्यकता होती है। पुनः आवेशन-निरावेशित लेड संचायक सेल (बैटरी) को विपरीत दिशा में किसी बाह्य स्रोत से दिष्ट धारा (D.C.) प्रवाहित कर पुनः आवेशित किया जा सकता है। इसके लिए संचायक सेल (बैटरी) के ऋणात्मक इलेक्ट्रोड टर्मिनल को एक दिष्ट धारा स्रोत के ऋणात्मक से तथा सेल (बैटरी) के धनात्मक इलेक्ट्रोड को स्रोत के धनात्मक टर्मिनल से जोड़ा जाता है। विद्युत धारा प्रवाहित करने पर इलेक्ट्रोड अभिक्रियाएँ उत्क्रमित हो जाती हैं जिससे PbSO4 ऋणात्मक इलेक्ट्रोड पर Pb में तथा धनात्मक इलेक्ट्रोड पर PbO2 में परिवर्तित हो जाता है। पुनः आवेशन के समय निम्न अभिक्रियाएँ होती हैं – ऐनोड पर – PbSO4 (5) + 2e⁻ \( \implies \) Pb(s) + SO²⁻4 (aq) कैथोड पर – PbSO4 (s) + 2H2O \( \implies \) PbO2(s) + 4H⁺ (aq) + SO²⁻4 (aq) + 2e⁻ शुद्ध आवेशन अभिक्रिया – 2PbSO4 (s) + 2H2O [latex s=2]\underrightarrow { Charging } [/latex] Pb(s) + PbO2(s) + 4H⁺ (aq) + 2SO²⁻4 (aq) उपर्युक्त अभिक्रियाओं से स्पष्ट है कि सेल (बैटरी) की पुनः आवेशन प्रक्रिया में इलेक्ट्रोड पदार्थ अपने मूल रूप में पुनः प्राप्त हो जाते हैं तथा H⁺ एवं SO²⁻4 आयनों के निर्माण के कारण H2SO4 के विशिष्ट घनत्व में वृद्धि होती है और यह बढ़कर पुनः 1.3 g cm⁻³ हो जाता है। इस प्रकार सेल (बैटरी) पुनः विद्युत धारा को उत्पन्न करने में सक्षम हो जाती है और इसे पुनः उपयोग में लाया जा सकता है।
In simple words: लेड संचायक बैटरी एक रिचार्जेबल सेल है जिसमें स्पंजी लेड (एनोड) और लेड डाइऑक्साइड (कैथोड) प्लेटें तनु सल्फ्यूरिक अम्ल में डूबी होती हैं। डिस्चार्जिंग के दौरान PbSO4 बनता है और H2SO4 का उपयोग होता है, जबकि चार्जिंग के दौरान अभिक्रियाएं उलट जाती हैं और मूल पदार्थ पुनः उत्पन्न होते हैं, जिससे बैटरी फिर से उपयोग के लिए तैयार हो जाती है।

🎯 Exam Tip: लेड संचायक बैटरी की संरचना, डिस्चार्जिंग और चार्जिंग के दौरान होने वाली रासायनिक अभिक्रियाओं को संतुलित समीकरणों के साथ याद रखना महत्वपूर्ण है। विशिष्ट घनत्व के परिवर्तनों को भी ध्यान में रखें।

 

Question 3. संक्षारण क्या है और यह किन कारकों पर निर्भर करता है? इसे एक विद्युत रासायनिक घटना क्यों माना जाता है?

Answer: संक्षारण – जब एक धातु को किसी विशिष्ट वातावरण में रखा जाता है तो वह वातावरण से क्रिया कर सकती है जिसके फलस्वरूप उसकी सतह कलुषित (deteriorate) हो सकती है। इस घटना को संक्षारण (corrosion) कहते हैं। अधिकांश धातुएँ वायुमण्डल में रखे जाने पर किसी न किसी रूप में प्रभावित होती हैं। वायुमण्डल में उपस्थित गैसें धातु से मन्द गति से क्रिया कर उसकी सतह को कलुषित कर देती हैं। इससे धातुएँ अपनी विशिष्ट चमक खो देती हैं। कुछ धातुओं की शक्ति कम हो जाती है और वे दुर्बल तथा भंगुर (brittle) । हो जाती हैं। चाँदी की चमक का कम होना (tarnishing of silver), लोहे पर जंग लगना (rusting on iron), ताँबे या कॉसे पर हरी परत का जमा होना आदि संक्षारण के कुछ सामान्य उदाहरण हैं। संक्षारण को निम्न प्रकार से परिभाषित किया जा सकता है - किसी निश्चित वातावरण की मन्द किन्तु स्वतः प्रवर्तित क्रिया द्वारा धातुओं की सतह के कलुषित (deteriorate) होने की प्रक्रिया को संक्षारण कहा जाता है। संक्षारण को प्रभावित करने वाले कारक धातुओं का संक्षारण अनेक कारकों पर निर्भर करता है। इनमें से कुछ प्रमुख कारक निम्न हैं –
1. धातु की क्रियाशीलता – अधिक क्रियाशील धातु के संक्षारण की सम्भावना किसी अन्य कम क्रियाशील धातु की तुलना में अधिक होती है। उदाहरणार्थ- लोहा अपने से कम क्रियाशील धातु चाँदी की तुलना में अधिक तेजी से संक्षारित होता है। किसी धातु की क्रियाशीलता उसकी विद्युत धनात्मक प्रकृति पर निर्भर करती है। धातु की विद्युत धनात्मक प्रकृति जितनी अधिक होगी, वह उतनी ही अधिक क्रियाशील होगी । इस प्रकार धातुएँ जैसे-Na, Ca, Mg, Al, Zn आदि शीघ्रता से संक्षारित होती हैं।
2. धातु में अशुद्धियों की उपस्थिति – शुद्ध धातुएँ प्रायः अधिक संक्षारित नहीं होती हैं। एक धातु में अन्य अशुद्ध धातुओं की उपस्थिति उस धातु में संक्षारण को प्रेरित करती है। इसका कारण यह है कि कम विद्युत धनात्मक अशुद्ध धातुएँ ग्राही धातु के साथ गैल्वेनिक सेलों का निर्माण करती हैं जिससे ग्राही धातु संक्षारित हो जाती है।
3. जल में विद्युत अपघटयों की उपस्थिति – जल में विद्युत अपघटय पदार्थों की उपस्थिति संक्षारण की दर में वृद्धि करती है। उदाहरणार्थ-लोहे का संक्षारण आसुत जल की तुलना में समुद्री जल में अधिक सीमा तक होता है, क्योंकि समुद्री जल में अनेक विद्युत अपघटय जैसे NaCl, KCl आदि घुले रहते हैं।
4. वायु में क्रियाशील गैसों की उपस्थिति – वायु में उपस्थित क्रियाशील गैसें; जैसे- CO2, SO2, NO2 आदि जल में घुलकट अम्लों का निर्माण करती हैं, जो विद्युत-अपघटयों का कार्य करते हैं एवं संक्षारण प्रक्रिया को त्वरित करते हैं। लोहे पर जंग लगना – जब लोहे के एक टुकड़े को नम वायु में खुला रखा जाता है, तो उसकी सतह पर एक लाल-भूरी (reddish brown) परत बन जाती है। इस परत को आसानी से खुरचा जा सकता है। नम वायु की क्रिया द्वारा लोहे की सतह पर एक लाल-भूरी परत के जमा होने की प्रक्रिया को जंग लगना कहते हैं तथा लाल-भूरी परत को जंग कहा जाता है। लोहे पर जंग लगना वास्तव में वायु, जल तथा कार्बन डाइऑक्साइड की लोहे से संयुक्त अभिक्रिया के कारण होता है। पूर्णरूप से शुष्क वायु या वायु मुक्त शुद्ध जल में लोहे पर जंग नहीं लगती है। जंग की सही संरचना वायुमण्डलीय परिस्थितियों तथा जंग को प्रेरित करने वाले कारकों के सापेक्ष योगदान पर निर्भर करती है। यह मुख्य रूप से जलयोजित फैरिक ऑक्साइड Fe2O3.xH2O है। इसके निर्माण को सरल रूप में निम्न समीकरण द्वारा प्रदर्शित किया जा सकता है – जंग लगने की प्रक्रिया में नम वायु की उपस्थिति में सर्वप्रथम लोहे की बाहरी सतह जंग ग्रस्त होती है। और सतह पर जलयोजित फैरिक ऑक्साइड (जंग) की एक परत जमा हो जाती है। यह परत मुलायम तथा सरन्ध्र होती है और मोटाई बढ़ने पर स्वयं नीचे गिर सकती है। परत के नीचे गिरने से लोहे की आन्तरिक परत वायुमण्डल के सम्पर्क में आ जाती है और उस पर भी जंग लग जाती है। इस प्रकार यह प्रक्रम चलता रहता है और धीरे-धीरे लोहा अपनी शक्ति खोता रहता है। लोहे पर जंग लगने की प्रक्रिया निम्नलिखित कारकों से प्रेरित तथा अधिशासित होती है –
1. वायु की उपस्थिति
2. नमी की उपस्थिति
3. कार्बन डाइऑक्साइड की उपस्थिति
4. जल में विद्युत अपघटयों की उपस्थिति
5. लोहे में कम विद्युत धनात्मक धातुओं की अशुद्धि के रूप में उपस्थिति संक्षारण की क्रियाविधि – संक्षारण की क्रियाविधि की व्याख्या करने के लिए समय-समय पर अनेक सिद्धान्तों का प्रतिपादन किया गया है। इन सिद्धान्तों में विद्युत रासायनिक सिद्धान्त (electrochemical theory) सर्वाधिक मान्य है। विद्युत रासायनिक सिद्धान्त के अनुसार, संक्षारण मूल रूप से एक विद्युत रासायनिक घटना है। यह मुख्य रूप से धातु सतह के विभिन्न भागों के विद्युत रासायनिक व्यवहारों में भिन्नता के कारण सम्पन्न होती है। लोहे पर जंग लगना संक्षारण का एक विशिष्ट रूप है। विद्युत रासायनिक सिद्धान्त के आधार पर संक्षारण की क्रियाविधि को लोहे पर जंग लगने के उदाहरण से निम्न प्रकार से आसानी से समझा जा सकता है। लोहे पर जंग लगने की क्रियाविधि- लोहे का संक्षारण उस समय होता है जब इसे जल, घुलित ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड युक्त वातावरण में रखा जाता है। विद्युत रासायनिक सिद्धान्त के अनुसार, लोहे की सतह के रासायनिक रूप से भिन्न भाग घुलित ऑक्सीजन तथा कार्बन डाइऑक्साइड युक्त जल की उपस्थिति में लघु गैल्वेनिक सेलों (miniature galvanic cells) की भाँति व्यवहार करते हैं। सतह का एक भाग ऐनोड की भाँति तथा कोई अन्य भाग कैथोड की भाँति कार्य करता है। इसके फलस्वरूप ऐनोडिक क्षेत्र (anodic area) में ऑक्सीकरण की क्रिया सम्पन्न होती है और आयरन परमाणु Fe2+ आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं। ऐनोडिक क्षेत्र में – इस प्रकार मुक्त इलेक्ट्रॉन धातु माध्यम में गति कर कैथोडिक क्षेत्र में पहुँच जाते हैं। कैथोडिक क्षेत्र में इलेक्ट्रॉन H⁺ आयनों की उपस्थिति में ऑक्सीजन को अपचयित करते हैं। H⁺ आयनों का निर्माण जल परत में H2CO3 के वियोजन के कारण होता है जो CO2 के जल में घुलने से प्राप्त होता है। जल परत में – H2O(l) + CO2 (g) \( \implies \) H2CO3 (aq) H2CO3 (aq) [latex s=2]\rightleftharpoons [/latex] H+ (aq) + HCO⁻3 (aq) कैथोडिक क्षेत्र में – O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e⁻ \( \implies \) 2H2O (l); E° = 1.23 V इस प्रकार लोहे की सतह पर स्थित एक लघु गैल्वेनिक सेल में सम्पन्न होने वाली नेट अभिक्रिया को निम्न प्रकार से प्राप्त किया जा सकता है – ऐनोड पर – [Fe(s) \( \implies \) Fe2+ (aq) + 2e⁻] x 2 कैथोड पर – O2 (g) + 4H⁺ (aq) +4e⁻ \( \implies \) 2H2O(l) नेट अभिक्रिया – 2Fe(s) + O2(g) + 4H⁺ (aq) \( \implies \) 2Fe2+ (aq) + 2H2O(l); E° cell = 1.67 V उपर्युक्त अभिक्रिया में निर्मित Fe2+ आयन लोहे की सतह पर स्थित जल परत में गति करने लगते हैं। यदि जल परत में NaCl, MgCl2 आदि विद्युत अपघटय उपस्थित हैं तो लघु सेल में अधिक विद्युत धारा का संचालन होता है तथा जंग लगने की प्रक्रिया तीव्र हो जाती है। एक लघु गैल्वेनिक सेल में निर्मित Fe2+ आयन वायुमण्डलीय ऑक्सीजन द्वारा Fe3+ आयनों में ऑक्सीकृत हो जाते हैं तथा वायुमण्डलीय ऑक्सीजन एवं नमी से संयोग कर जलयोजित आयरन (III) ऑक्साइड (Fe2O3 . xH2O) का निर्माण करते हैं जो लोहे की सतह पर जंग के रूप में जमा हो जाता है। 4Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4H2O(l)- \( \implies \) 2Fe2O3 (s) + 8H+ उपर्युक्त अभिक्रिया में उत्पन्न हुए H⁺ ओयन जंग लगने की प्रक्रिया में पुनः उपभोगित हो जाते हैं। यदि लोहे में कम विद्युत धनात्मक धातुएँ अशुद्धि के रूप में उपस्थित हैं तो जंग लगने की प्रक्रिया त्वरित हो जाती है क्योकि अशुद्धियाँ लोहे की सतह पर अनेक लघु गैल्वेनिक सेलों का निर्माण करती हैं। अत्यन्त शुद्ध लोहे पर शीघ्रता से जंग नहीं लगती है। जल में विद्युत अपघटयों की उपस्थिति जंग प्रक्रिया को त्वरित करती है क्योंकि अपघटय लोहे की सतह पर उपस्थित जल परत की विद्युत चालकता में वृद्धि करते हैं। यही कारण है कि आसुत जल की तुलना में समुद्री जल में लोहे पर अधिक तेजी से जंग लगती है। संक्षारण से बचाव – संक्षारण से बचाव की कुछ प्रमुख विधियाँ निम्न हैं –
1. अवरोध रक्षण – लोहे को जंग लगने से बचाने के लिए इस विधि का काफी उपयोग किया जाता है। इस विधि में धातु सतह तथा वायुमण्डलीय वायु के मध्य एक उपयुक्त अवरोध का निर्माण किया जाता है! इससे धातु सतह वायु, जल तथा कार्बन डाइऑक्साइड की क्रिया से बची रहती है और संक्षारित नहीं होती है। अवरोध रक्षण निम्न में से किसी भी विधि द्वारा किया जा सकता है –
1. धातु की सतह पर तेल या ग्रीस के लेपन द्वारा – लोहे की सतह पर तेल या ग्रीस (grease) की एक पतली फिल्म बनाकर उसे जंग लगने से बचाया जा सकता है। लोहे के औजारों तथा मशीनी भागों (machinery parts) को इसी प्रकार जंग लगने से बचाया जाता है।
2. धातु सतह पर पेंट के लेपन द्वारा – धातु सतह पर किसी पेंट (paint), एनामिल (enamel) आदि का एक पतली परत के रूप में लेपन करने से धातु संक्षारित होने से बच जाती है।
3. धातु पर कुछ विशिष्ट रसायनों के लेपन द्वारा – लोहे की सतह पर FePO4 या अन्य किसी उपयुक्त रसायन का लेप कर उसे जंग लगने से बचाया जा सकता है। रसायन की पतली अविलेय परत लोहे को वायु तथा नमी के सम्पर्क से बचाकर इस पर जंग नहीं लगने देती है।
4. धातु पर असंक्षारणीय धातुओं की परत द्वारा – किसी असंक्षारणीय धातु; जैसे- निकिल, क्रोमियम आदि की एक पतली परत को किसी धातु पर चढ़ाकर भी उसकी संक्षारण से रक्षा की जा सकती है। जैसे, लोहे पर निकिल या क्रोमियम की एक पतली परत द्वारा लोहे को जंग लगने से बचाया जा सकता है।
2. बलिदानी रक्षण – इस विधि में धातु का रक्षण उसकी सतह पर लेपित एक अन्य अधिक सक्रिय धातु के बलिदान द्वारा किया जाता है। जब एक धातु की सतह को एक अधिक सक्रिय धातु से आवृत कर दिया जाता है, तो अधिक सक्रिय धातु प्रथम धातु की तुलना में वरीयता से इलेक्ट्रॉन त्याग कर आयनिक अवस्था में परिवर्तित होती रहती है। इससे अधिक सक्रिय धातु धीरे-धीरे उपभोगित होती रहती है और प्रथम धातु की संक्षारण से रक्षा करती है। जब तक अधिक सक्रिय धातु संक्षारणीय धातु की सतह पर स्थित होती है तब तक प्रथम धातु-संक्षारण से बची रहती है। लोहे का गैल्वेनीकरण – जिंक लोहे से अधिक क्रियाशील (अधिक विद्युत धनात्मक) है, अतः जिंक का उपयोग प्रायः लोहे की सतह को आवृत करने के लिए किया जाता है। लोहे की सतह पर जिंक की एक पतली परत को जमा करने की प्रक्रिया को गैल्वेनीकरण कहा जाता है। गैल्वेनीकरण को निम्न दो प्रकार से सम्पन्न किया जा सकता है –
1. लोहे को पिघले जिंक में डुबोकर – इस विधि में लोहे की चादरों को पिघले जिंक में डुबोया जाता है और इसके पश्चात् उन्हें गर्म रॉलरों (rollers) के मध्य से गुजारा जाता है, जिससे लोहे की चादर से चिपका अतिरिक्त जिंक हट जाता है और उस पर जिंक की एक समान पतली परत शेष रह जाती है।
2. शेरार्डीकरण द्वारा – इस विधि में जिंक चूर्ण को उच्च ताप पर गर्म किया जाता है और प्राप्त जिंक वाष्प को लोहे की चादरों की सतह पर संघनित होने दिया जाता है, जिससे उन पर जिंक की एक पतली तथा एक समान परत जमा हो जाती है। लोहे की सतह पर स्थित जिंक की परत के कारण लोहे की सतह वायु तथा नमी के सम्पर्क में नहीं आने पाती है। जिंक की परत में खरोंच अथवा दरारें उत्पन्न होने पर भी लोहे पर जंग नहीं लगती है। इसका कारण यह है कि जिंक का मानक अपचयन विभव लोहे के मानक अपचयन विभव से कम है। स्पष्ट है कि लोहे की तुलना में जिंक में ऑक्सीकृत होने की प्रवृत्ति अधिक होती है। जिंक परत में दरार पड़ने पर जिंक परत ऐनोड की भाँति तथा लोहे की खुली सतह कैथोड की भाँति कार्य करने लगती है। ऐनोड पर जिंक के ऑक्सीकरण में उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन आयरन कैथोड पर जाकर वायुमण्डलीय ऑक्सीजन को जल में अपचयित कर देते हैं। ऑक्सीकरण के कारण जिंक परत वायुमण्डलीय O2, CO2 तथा नमी की उपस्थिति में भास्मिक जिंक कार्बोनेट, ZnCO3, Zn(OH)2 में परिवर्तित हो जाती है। यह परत लोहे की खुली सतह को जंग लगने से बचाती है। टिन द्वारा लोहे की रक्षण – लोहे की सतह पर टिन की एक पतली परत जमाकर भी उसकी जंग लगने से रक्षा की जा सकती है। लोहे की सतह को टिन की एक पतली परत से आवृत करने की प्रक्रिया को टिनिंग (tinning) कहा जाता है। टिनिंग द्वारा लोहा (आयरन) उस समय तक रक्षित रहता है जब तक कि टिन परत अक्षुण (intact) रहती है। यदि टिन परत में खरोंच या दरारें उत्पन्न हो जाती हैं तो लोहा आरक्षित हो जाता है और उस पर जंग लगना प्रारम्भ हो जाता है। इसका कारण यह है कि आयरन का मानक अपचयन विभव टिन से कम है। इससे स्पष्ट है कि टिन की तुलना में आयरन में ऑक्सीकृत होने की प्रवृत्ति अधिक होती है। अतः यदि टिन परत में दरार उत्पन्न हो जाती है तो सतह के खुले भाग में उपस्थित आयरन एक ऐनोड का तथा टिन परत एक कैथोड का कार्य करने लगती है। इसके फलस्वरूप आयरन वरीयता से ऑक्सीकृत होकर जंग ग्रस्त हो जाता है।
3. जंग-रोधी विलयनों द्वारा रक्षण – लोहे के संक्षारण को जंग-रोधी विलयनों द्वारा भी रोका जा सकता है। इस प्रकार के विलयन प्रायः क्षारीय फॉस्फेट या क्रोमेट विलयन होते हैं। विलयन का क्षारीय माध्यम H⁺ आयनों की उपलब्धता को कम करता है। चूंकि H⁺ आयन जंग लगने के लिए अपरिहार्य हैं, अतः उनके कम होने से जंग लगने की प्रक्रिया मन्द हो जाती है। इसके अतिरिक्त फॉस्फेटों में धातु पर आयरन फॉस्फेट की एक परत का आवरण चढ़ाने की प्रवृत्ति होती है। यह परत धातु की जंग लगने से रक्षा करती है। इस प्रकार के विलयनों का प्रयोग स्वचालित वाहनों के इंजनों के भागों को तथा कार रेडियेटरों की जंग लगने से रक्षा करने के लिए किया जाता है।
4. कैथोडिक रक्षण या विद्युत रक्षण – इस विधि का उपयोग धरातल के नीचे दबे पाइपों तथा टैंकों के रक्षण के लिए किया जाता है। इस विधि में रक्षित की जाने वाली धातु को एक अधिक सक्रिय (अधिक विद्युत धनात्मक) धातु से जोड़ा जाता है। धरातल के नीचे स्थित जिस लोहे के पाइप या टैंक की जंग लगने से रक्षा करनी होती है उसके निकट एक सक्रिय धातु जैसे Zn या Mg की एक प्लेट या ब्लॉक को रखा जाता है और दोनों को एक तार से जोड़ दिया जाता है। चूंकि अधिक सक्रिय धातु में ऑक्सीकृत होने की प्रवृत्ति अधिक होती है। अतः यह लोहे की तुलना में वरीयती से ऑक्सीकृत होती रहती है। इस प्रकार अधिक सक्रिय धातु एक ऐनोड का कार्य करती है। उत्सर्जित इलेक्ट्रॉन कैथोड की भाँति कार्य कर रहे लोहे के पाइप पर जाकर O, को OH⁻ आयनों में अपचयित कर देते हैं। O2 + 2H2O + 4e⁻ \( \implies \) 4OH⁻ सक्रिय धातु के ऑक्सीकरण के कारण ऐनोड धीरे-धीरे लुप्त होता रहता है। इस प्रकार लोहे का पाइप या अन्य वस्तु जंग लगने से रक्षित रहती है और सक्रिय धातु ऐनोड व्यतित होता रहता है। जब तक सक्रिय धातु उपस्थित होती है, लोहे के पाइप पर जंग नहीं लगती है। इस विधि में समय-समय पर सक्रिय धातु के पुराने ऐनोड के स्थान पर नया ऐनोड स्थापित करना आवश्यक होता है।
In simple words: संक्षारण वह प्रक्रिया है जिसमें धातुएं वातावरण के संपर्क में आने पर खराब हो जाती हैं, जैसे लोहे पर जंग लगना। यह एक विद्युत रासायनिक घटना है क्योंकि इसमें धातु की सतह पर एनोडिक और कैथोडिक क्षेत्र बनते हैं। इसे धातुओं की क्रियाशीलता, अशुद्धियों, पानी और हवा की उपस्थिति जैसे कारकों से प्रभावित किया जाता है, और इसे अवरोध रक्षण, बलिदानी रक्षण और कैथोडिक रक्षण जैसी विधियों से रोका जा सकता है।

🎯 Exam Tip: संक्षारण की परिभाषा, प्रभावित करने वाले कारक, विद्युत रासायनिक क्रियाविधि और बचाव के तरीकों को विस्तार से समझें। लोहे पर जंग लगने की प्रक्रिया को विशेष रूप से याद रखें।