day-13-electrochemistry-class12

Electrochemistry

Galvic cells

An electrochemical cell that converts the chemical energy(Gibbs free energy) of a spontaneous redox reaction into electrical energy.
Daniell cell discussed earlier is one such cell in which the following redox reaction occurs.
$\scriptsize{\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s})}$
This reaction is a combination of two half reactions whose addition gives the overall cell reaction:

(i) $\scriptsize{\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \quad}$ (reduction half reaction)

(ii) $\scriptsize{\mathrm{Zn}}$ (s) $\scriptsize{\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \quad}$ (oxidation half reaction)

एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल जो सहज रेडॉक्स प्रतिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा (गिब्स मुक्त ऊर्जा) को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है।
पहले चर्चा की गई डेनियल कोशिका एक ऐसी कोशिका है जिसमें निम्नलिखित रेडॉक्स प्रतिक्रिया होती है।
$\scriptsize{\mathrm{Zn}(\mathrm{s})+\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}(\mathrm {aq})+\mathrm{Cu}(\mathrm{s})}$
यह प्रतिक्रिया दो आधी प्रतिक्रियाओं का संयोजन है जिनके योग से समग्र कोशिका प्रतिक्रिया प्राप्त होती है:

(i) $\scriptsize{\mathrm{Cu}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \quad}$ (कमी आधी प्रतिक्रिया )

(ii) $\scriptsize{\mathrm{Zn}}$ (s) $\scriptsize{\rightarrow \mathrm{Zn}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \quad}$ (ऑक्सीकरण आधी प्रतिक्रिया)

Electrochemistry

Electrode potential

At electrode-electrolyte interface there is a tendency of metal ions from the solution to deposit on the metal electrode trying to make it positively charged.
At the same time, metal atoms of the electrode have a tendency to go into the solution as ions and leave behind the electrons at the electrode trying to make it negatively charged.
A potential difference develops between the electrode and the electrolyte which is called electrode potential.

इलेक्ट्रोड-इलेक्ट्रोलाइट इंटरफ़ेस पर समाधान से धातु आयनों की धातु इलेक्ट्रोड पर जमा होने की प्रवृत्ति होती है जो इसे सकारात्मक रूप से चार्ज करने की कोशिश करता है।
उसी समय, इलेक्ट्रोड के धातु परमाणुओं में आयनों के रूप में समाधान में जाने की प्रवृत्ति होती है और इसे नकारात्मक रूप से चार्ज करने की कोशिश में इलेक्ट्रोड पर इलेक्ट्रॉनों को पीछे छोड़ दिया जाता है।
इलेक्ट्रोड और इलेक्ट्रोलाइट के बीच एक संभावित अंतर विकसित होता है जिसे इलेक्ट्रोड क्षमता कहा जाता है।

Electrochemistry

Working of Galvanic cell

We can connect two of such compartment throuh wire.
Depending upon the tendency of both compartemnt oxidation/reduction will take place.
The electrode who has more tendecy to lose electron will be positively charged and will Anode
The electrode who has more tendecy to gain electron will be positively charged and will cathode
Thus, there exists a potential difference between the two electrodes and as soon as the switch is in the on position the electrons flow from negative electrode to positive electrode.
The direction of current will be in the direction oppposite to the the flow electrons.

हम ऐसे दो कम्पार्टमेंट को तार के माध्यम से जोड़ सकते हैं।
दोनों डिब्बों की प्रवृत्ति के आधार पर ऑक्सीकरण/कमी होगी।
जिस इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रॉन खोने की प्रवृत्ति अधिक होगी वह धनावेशित होगा और एनोड होगा
जिस इलेक्ट्रोड में इलेक्ट्रॉन ग्रहण करने की प्रवृत्ति अधिक होगी वह धनावेशित होगा और कैथोड करेगा
इस प्रकार, दोनों इलेक्ट्रोडों के बीच एक संभावित अंतर मौजूद होता है और जैसे ही स्विच ऑन स्थिति में होता है, इलेक्ट्रॉन नकारात्मक इलेक्ट्रोड से सकारात्मक इलेक्ट्रोड की ओर प्रवाहित होते हैं।
धारा की दिशा प्रवाहित इलेक्ट्रॉनों के विपरीत दिशा में होगी।

Galvanic cell

Electrochemistry

Salt bridge

An agar agar solution generally made up of Sodium chloride, Pottasium sulphate or Sodium nitrate

Permits the passage of electric current internally,
Maintains the electrical neutrality of the solution
Prevents intermixing of the solutions,
It does not take part in cell reaction.

एक अगर अगर घोल आम तौर पर सोडियम क्लोराइड, पोटेशियम सल्फेट या सोडियम नाइट्रेट से बना होता है

आंतरिक रूप से विद्युत प्रवाह के पारित होने की अनुमति देता है,
समाधान की विद्युत तटस्थता बनाए रखता है
विलयनों के परस्पर मिश्रण को रोकता है,
यह कोशिका अभिक्रिया में भाग नहीं लेता है।

Electrochemistry

Functioning of salt bridge

When there is oxidation there is accumlation cation on left side
And due to reduction there is accumalation of anion on right side
Now to neutralize excess positive charge, anion from salt bridge will flow into the solution
And to neutralize excess negative charge, cation from salt bridge will flow into the solution

जब ऑक्सीकरण होता है तो बायीं ओर संचय धनायन होता है
तथा ह्रास के कारण दाहिनी ओर ऋणायन का संचय होता है
अब अतिरिक्त धनात्मक आवेश को निष्क्रिय करने के लिए नमक सेतु से ऋणायन विलयन में प्रवाहित होगा
और अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज को बेअसर करने के लिए, नमक पुल से धनायन समाधान में प्रवाहित होगा

salt_bridge

Electrochemistry

EMF

The potential difference between the two electrodes of a galvanic cell is called the cell potential and is measured in volts.
The cell potential is the difference between the electrode potentials (reduction potentials) of the cathode and anode.
It is called the cell electromotive force (emf) of the cell when no current is drawn through the cell

गैल्वेनिक सेल के दो इलेक्ट्रोडों के बीच संभावित अंतर को सेल क्षमता कहा जाता है और इसे वोल्ट में मापा जाता है।
सेल क्षमता कैथोड और एनोड की इलेक्ट्रोड क्षमता (कमी क्षमता) के बीच का अंतर है।
इसे सेल का सेल इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) कहा जाता है जब सेल के माध्यम से कोई करंट नहीं खींचा जाता है

Electrochemistry

Calculation of EMF

If 'x' is the reduction potential then '-x' is the oxidation potential and vice versa.
The cell having greater reduction potential will get reduced and vice versa is for oxidation potential.
EMF of a given cell will be summation of reducion potential of the reduced species and oxidation potential of ocidised potential.
E = Reduction of potential of species getting reduced + Oxidation potential of species getting oxidised

यदि 'x' कमी क्षमता है तो '-x' ऑक्सीकरण क्षमता है और इसके विपरीत।
अधिक अपचयन क्षमता वाली कोशिका कम हो जाएगी और ऑक्सीकरण क्षमता इसके विपरीत होगी।
किसी दिए गए सेल का ईएमएफ कम प्रजातियों की कमी क्षमता और ऑक्सीकृत क्षमता की ऑक्सीकरण क्षमता का योग होगा।
ई = कम होने वाली प्रजातियों की क्षमता में कमी + ऑक्सीकरण होने वाली प्रजातियों की ऑक्सीकरण क्षमता

Electrochemistry

Cell representaion

Cell reaction: $\scriptsize{ \mathrm{Cu}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) }$

Half-cell reactions: Cathode (reduction): $\scriptsize{\quad 2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})}$ Anode (oxidation): $\scriptsize{\quad \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-}}$

The cell can be represented as: $\scriptsize{ \mathrm{Cu}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) | \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) }$ and we have $\scriptsize{E_{\text {cell }}=E_{\text {right }}-E_{\text {left }}=E_{\mathrm{Ag}^{+} \mid \mathrm{Ag}}-E_{\mathrm{Cu}^{2+} \mid \mathrm{Cu}}}$

कोशिका प्रतिक्रिया:

$\scriptsize{ \mathrm{Cu}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \longrightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) }$

अर्ध-कोशिका प्रतिक्रियाएँ:

Cathode (reduction): $\scriptsize{\quad 2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow 2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})}$ Anode (oxidation): $\scriptsize{\quad \mathrm{Cu}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{e}^{-}}$

सेल को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

$\scriptsize{ \mathrm{Cu}(\mathrm{s})\left|\mathrm{Cu}^{2+}(\mathrm{aq}) | \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})\right| \mathrm{Ag}(\mathrm{s}) }$ and we have $\scriptsize{E_{\text {cell }}=E_{\text {right }}-E_{\text {left }}=E_{\mathrm{Ag}^{+} \mid \mathrm{Ag}}-E_{\mathrm{Cu}^{2+} \mid \mathrm{Cu}}}$

Electrochemistry

Intext Question

3.1 How would you determine the standard electrode potential of the system $Mg^{2+} \mid Mg$ ?

3.1 आप कैसे निर्धारित करेंगे कि प्रणाली $Mg^{2+} \mid Mg$ का मानक इलेक्ट्रोड स्थितिपूर्ण है?

Electrochemistry

Intex Question

Answer

The standard electrode potential of $Mg^{2+} \mid Mg$ can be measured with respect to the standard hydrogen electrode, represented by $\mathrm{Pt_(s)}, \mathrm{H_2(g)}(1 atm) \mid \mathrm{H_(a q)}^{+}(1 M)$ .

A cell, consisting of $Mg \mid MgSO_4(aq 1 M)$ as the anode and the standard hydrogen electrode as the cathode, is set up.

$Mg|Mg^{2+}(aq, 1 M) \| H^{+}(aq, 1 M)| H_2(g, 1 \text{ bar }), \mathrm{Pt _{(s)}}$

उत्तर

$Mg^{2+} \mid Mg$ का मानक इलेक्ट्रोड स्थितिपूर्ण मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के संदर्भ में मापा जा सकता है, जिसे $\mathrm{Pt_(s)}, \mathrm{H_2(g)}(1 atm) \mid \mathrm{H_(a q)}^{+}(1 M)$ द्वारा प्रतिष्ठित किया गया है।

एक सेल, जिसमें $Mg \mid MgSO_4(aq 1 M)$ एनोड के रूप में और मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड कैथोड के रूप में होता है, सेट किया जाता है।

$Mg|Mg^{2+}(aq, 1 M) \| H^{+}(aq, 1 M)| H_2(g, 1 \text{ bar }), \mathrm{Pt _{(s)}}$

Electrochemistry

Intex Question

Then, the emf of the cell is measured and this measured emf is the standard electrode potential of the magnesium electrode.

$E^{\ominus}=E_R^{\ominus}-E_L^{\ominus}$

Here, $E_R^{\ominus}$ for the standard hydrogen electrode is zero.

$\begin{aligned} & \therefore E^{\ominus}=0-E_L^{\ominus} \\\ & =-E_L^{\ominus} \end{aligned}$

फिर, सेल का emf मापा जाता है और यह मापा हुआ emf मैग्नीशियम इलेक्ट्रोड का मानक इलेक्ट्रोड स्थितिपूर्ण होता है।

$E^{\ominus}=E_R^{\ominus}-E_L^{\ominus}$

यहां, मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए $E_R^{\ominus}$ शून्य है।

$\begin{aligned} & \therefore E^{\ominus}=0-E_L^{\ominus} \\\ & =-E_L^{\ominus} \end{aligned}$

Electrochemistry

Intex Question

3.2 Can you store copper sulphate solutions in a zinc pot?

3.2 क्या आप जिंक पॉट में कॉपर सल्फेट समाधान संग्रहित कर सकते हैं?

Electrochemistry

Intex Question

Answer

Zinc is more reactive than copper. Therefore, zinc can displace copper from its salt solution. If copper sulphate solution is stored in a zinc pot, then zinc will displace copper from the copper sulphate solution.

$Zn+CuSO_4 \longrightarrow ZnSO_4+Cu$

Hence, copper sulphate solution cannot be stored in a zinc pot.

उत्तर

जिंक कॉपर से अधिक प्रतिक्रियाशील होता है। इसलिए, जिंक अपने लवण समाधान से कॉपर को स्थानांतरित कर सकता है। यदि कॉपर सल्फेट समाधान को जिंक पॉट में संग्रहित किया जाता है, तो जिंक कॉपर सल्फेट समाधान से कॉपर को स्थानांतरित कर देगा।

$Zn+CuSO_4 \longrightarrow ZnSO_4+Cu$

अतः, कॉपर सल्फेट समाधान को जिंक पॉट में संग्रहित नहीं किया जा सकता है।

Electrochemistry

Intex Question

3.3 Consult the table of standard electrode potentials and suggest three substances that can oxidise ferrous ions under suitable conditions.

मानक इलेक्ट्रोड क्षमताओं की सारणी का परामर्श करें और तीन पदार्थों का सुझाव दें जो उपयुक्त स्थितियों में फेरस आयनों को ऑक्सीकरण कर सकते हैं।

Electrochemistry

Intex Question

Answer

Substances that are stronger oxidising agents than ferrous ions can oxidise ferrous ions.

$Fe^{2+} \longrightarrow Fe^{3+}+e^{-1} ; E^{\ominus}=-0.77 V$

This implies that the substances having higher reduction potentials than

$+0.77 V$ can oxidise ferrous ions to ferric ions. Three substances that can do so are $F_2, Cl_2$ , and $O_2$ .

उत्तर

वे पदार्थ जो फेरस आयनों से अधिक मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट हैं, वे फेरस आयनों को ऑक्सीकरण कर सकते हैं।

$Fe^{2+} \longrightarrow Fe^{3+}+e^{-1} ; E^{\ominus}=-0.77 V$

इसका मतलब है कि वे पदार्थ जिनकी संघटन क्षमताएं

$+0.77 V$ से अधिक हैं, वे फेरस आयनों को फेरिक आयनों में परिवर्तित कर सकते हैं। तीन पदार्थ जो ऐसा कर सकते हैं वे हैं $F_2, Cl_2$ , और $O_2$ ।