कक्षा 12 रसायन विज्ञान में, "इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री" 2026-27 एनसीईआरटी पाठ्यक्रम के साथ संरेखित एक आधिकारिक, पाठ्यक्रम-सत्यापित मास्टर संसाधन प्रदान करता है।
एक हाइड्रोजन ईंधन सेल अपने निकास पाइप से केवल शुद्ध पानी पीने वाली शहरी सिटी बसों को चलाने के लिए शून्य-उत्सर्जन विद्युत ऊर्जा कैसे उत्पन्न करता है? नर्नस्ट समीकरण और कोहलराउश का नियम विद्युत रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण को नियंत्रित करते हैं।
यह अध्याय क्यों महत्वपूर्ण है
कक्षा 12 रसायन विज्ञान में, "इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री" 2026-27 एनसीईआरटी पाठ्यक्रम के साथ संरेखित एक आधिकारिक, पाठ्यक्रम-सत्यापित मास्टर संसाधन प्रदान करता है।
नर्नस्ट समीकरण बताएं और लागू करें: $E_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{cell}} - \frac{0.059}{n}\log Q$ को $298\text{ K}$ पर।
सेल क्षमता को गिब्स मुक्त ऊर्जा से जोड़ें: $\Delta G^\circ = -nFE^\circ_{\text{cell}}$ और संतुलन स्थिरांक: $\log K_c = \frac{nE^\circ_{\text{cell}}}{0.059}$।
चालकता ($\kappa$), मोलर चालकता ($\Lambda_m = \frac{\kappa \times 1000}{M}$), और बताएं कोहलराउश का आयनों के स्वतंत्र प्रवासन का नियम।
फैराडे के इलेक्ट्रोलिसिस के नियम बताएं और वाणिज्यिक बैटरियों (सीसा भंडारण, शुष्क सेल) और संक्षारण की व्याख्या करें।
अध्याय रूपरेखा एवं प्रगति
11। नर्नस्ट समीकरण और थर्मोडायनामिक्...
22. कोहलराउश का स्वतंत्र प्रवासन का...
33. बैटरी और संक्षारण रोकथाम
सम्पूर्ण सैद्धांतिक एवं वैचारिक अध्ययन
1। नर्नस्ट समीकरण और थर्मोडायनामिक्स
सेल प्रतिक्रिया $aA + bB \to cC + dD$ के लिए, तापमान $T=298\text{ K}$ पर सेल क्षमता है: $$\mathbf{E_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{cell}} - \frac{0.0591}{n}\log_{10}\left(\frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}\right)}$$ अधिकतम कार्य विद्युत मुक्त ऊर्जा के बराबर है: $\mathbf{\Delta G^\circ = -n F E^\circ_{\text{cell}}}$ ($F = 96,487\text{ C/mol}$)। संतुलन स्थिरांक: $\mathbf{\log K_c = \frac{n E^\circ_{\text{cell}}}{0.0591}}$.
2. कोहलराउश का स्वतंत्र प्रवासन का नियम
कोहलराउश का नियम: एक इलेक्ट्रोलाइट की दाढ़ चालकता को सीमित करना उसके आयनों और धनायनों के व्यक्तिगत योगदान का योग है: $$\mathbf{\Lambda_m^\circ = \nu_+ \lambda_+^\circ + \nu_- \lambda_-^\circ}$$ महत्वपूर्ण अनुप्रयोग: एसिटिक एसिड जैसे कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स की सीमित चालकता की गणना: $\Lambda_m^\circ(\text{CH}_3\text{COOH}) = \Lambda_m^\circ(\text{CH}_3\text{COONa}) + \Lambda_m^\circ(\text{HCl}) - \Lambda_m^\circ(\text{NaCl})$!
3. बैटरी और संक्षारण रोकथाम
लीड स्टोरेज बैटरी: $38\%$ $\text{H}_2\text{SO}_4$ में स्पंजी लेड एनोड और $\text{PbO}_2$ कैथोड। निर्वहन में: $\text{Pb} + \text{PbO}_2 + 2\text{H}_2\text{SO}_4 \to 2\text{PbSO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}$. रिचार्ज करने से प्रक्रिया उलट जाती है। कैथोडिक संरक्षण: सैक्रिफिशियल जिंक ब्लॉक (गैल्वनीकरण) स्टील जहाज के पतवारों की रक्षा करते हैं।
एक त्रुटि लॉग रखें और गलत धारणा को उजागर करने वाले प्रश्नों पर दोबारा गौर करें।
अवधारणात्मक हल उदाहरण एवं अनुप्रयोग (Solved Examples)
उदाहरण 1
$298\text{ K}$: $\text{Zn}(s) | \text{Zn}^{2+}(0.1\text{M}) || \text{Cu}^{2+}(0.01\text{M}) | \text{Cu}(s)$ दिए गए $E^\circ_{\text{cell}} = 1.10\text{ V}$ पर डेनियल सेल के ईएमएफ की गणना करें।
कोहलराउश के आयनों के स्वतंत्र प्रवासन के नियम को बताएं और इसके दो अनुप्रयोगों को बताएं।
विस्तृत समाधान / उत्तर:
कोहलराउश के नियम में कहा गया है कि एक इलेक्ट्रोलाइट की सीमित दाढ़ चालकता को इलेक्ट्रोलाइट के आयन और धनायन के व्यक्तिगत योगदान के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है। अनुप्रयोग: (1) कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए सीमित दाढ़ चालकता ($\Lambda_m^\circ$) का निर्धारण, (2) पृथक्करण की डिग्री ($\alpha = \Lambda_m / \Lambda_m^\circ$) और पृथक्करण स्थिरांक $K_a$ का निर्धारण।
उदाहरण 3
$E^\circ_{\text{cell}} = 1.1\text{ V}$ और $n = 2$ वाले सेल के लिए $\Delta G^\circ$ की गणना करें ($F = 96500\text{ C/mol}$).
मूल वैचारिक स्पष्टता की जांच के लिए नैदानिक प्रश्न। पहले स्वयं हल करें, फिर उत्तर देखें।
1
$298\text{ K}$: $\text{Zn}(s) | \text{Zn}^{2+}(0.1\text{M}) || \text{Cu}^{2+}(0.01\text{M}) | \text{Cu}(s)$ दिए गए $E^\circ_{\text{cell}} = 1.10\text{ V}$.
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर: सेल प्रतिक्रिया: $\text{Zn} + \text{Cu}^{2+} \to \text{Zn}^{2+} + \text{Cu}$ ($n=2$) पर डेनियल सेल के ईएमएफ की गणना करें। $E_{\text{cell}} = 1.10 - \frac{0.0591}{2}\log\left(\frac{0.1}{0.01}\right) = 1.10 - 0.02955\log(10) = 1.10 - 0.02955 = 1.07\text{ Volts}$. E_सेल = 1.07 V.
2
आयनों के स्वतंत्र प्रवास के कोहलराउश के नियम को बताएं और इसके दो अनुप्रयोगों को बताएं।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर: कोहलराउश का नियम बताता है कि इलेक्ट्रोलाइट की सीमित दाढ़ चालकता को इलेक्ट्रोलाइट के आयन और धनायन के व्यक्तिगत योगदान के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है। अनुप्रयोग: (1) कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स के लिए सीमित दाढ़ चालकता ($\Lambda_m^\circ$) का निर्धारण, (2) पृथक्करण की डिग्री ($\alpha = \Lambda_m / \Lambda_m^\circ$) और पृथक्करण स्थिरांक $K_a$ का निर्धारण। योगात्मक आयनिक चालकता; कमजोर इलेक्ट्रोलाइट Λ0 और पृथक्करण डिग्री पाता है।
3
$E^\circ_{\text{cell}} = 1.1\text{ V}$ और $n = 2$ ($F = 96500\text{ C/mol}$) वाले सेल के लिए $\Delta G^\circ$ की गणना करें।
तनुकरण का क्या प्रभाव पड़ता है: (i) चालकता ($\kappa$), (ii) मोलर चालकता ($\Lambda_m$)?
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर: (i) तनुकरण पर चालकता $\kappa$ कम हो जाती है क्योंकि घोल की प्रति इकाई मात्रा में धारा प्रवाहित करने वाले आयनों की संख्या कम हो जाती है। (ii) मोलर चालकता $\Lambda_m$ तनुकरण पर बढ़ती है क्योंकि 1 मोल इलेक्ट्रोलाइट वाले आयतन ($V$) में वृद्धि $\kappa$ में कमी से काफी अधिक होती है। चालकता कम हो जाती है; मोलर चालकता बढ़ जाती है।
5
लेड-स्टोरेज बैटरी के डिस्चार्जिंग के दौरान एनोड और कैथोड पर होने वाली रासायनिक प्रतिक्रियाओं को लिखें।
उत्तर एवं व्याख्या देखें
उत्तर: Anode: $\text{Pb}(s) + \text{SO}_4^{2-}(aq) \to \text{PbSO}_4(s) + 2e^-$। कैथोड: $\text{PbO}_2(s) + \text{SO}_4^{2-}(aq) + 4\text{H}^+(aq) + 2e^- \to \text{PbSO}_4(s) + 2\text{H}_2\text{O}(l)$. डिस्चार्ज दोनों इलेक्ट्रोड पर PbSO4 बनाता है।
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