RBSE Class 12th 2017 -SS-41-2017 Previous Year Papers

उत्तर / Answer: सल्फैनिलिक अम्ल का सूत्र C₆H₇NO₃S है। इसका संरचनात्मक सूत्र H₂N–C₆H₄–SO₃H (पैरा-एमीनोबेंजीन सल्फोनिक अम्ल) है।

स्पष्टीकरण: लैन्थेनॉइड श्रेणी में परमाणु क्रमांक 57 (लैन्थेनम) से 71 (लुटीशियम) तक के तत्व आते हैं। लुटीशियम (Lu) इस श्रेणी का अंतिम तत्व है।

Explanation: The lanthanoid series includes elements from atomic number 57 (Lanthanum) to 71 (Lutetium). Lutetium (Lu) is the last element in this series.

अभिक्रिया का समीकरण:

C₂H₅Cl + AgNO₂ → C₂H₅NO₂ + AgCl

Reaction equation:

C₂H₅Cl + AgNO₂ → C₂H₅NO₂ + AgCl

स्पष्टीकरण: इस अभिक्रिया में ऐथिलक्लोराइड (C₂H₅Cl) सिल्वर नाइट्राइट (AgNO₂) से अभिक्रिया करके नाइट्रोएथेन (C₂H₅NO₂) और सिल्वर क्लोराइड (AgCl) का अवक्षेप बनाता है।

Explanation: In this reaction, ethylchloride (C₂H₅Cl) reacts with silver nitrite (AgNO₂) to form nitroethane (C₂H₅NO₂) and a precipitate of silver chloride (AgCl).

स्पष्टीकरण: सिस्प्लैटिन [Pt(NH₃)₂Cl₂] एक प्लेटिनम युक्त उपसहसंयोजन यौगिक है जो कैंसर कोशिकाओं के डीएनए से जुड़कर ट्यूमर की वृद्धि को रोकता है।

Explanation: Cisplatin [Pt(NH₃)₂Cl₂] is a platinum containing co-ordination compound that binds to the DNA of cancer cells and inhibits tumour growth.

I.U.P.A.C. नाम: 2-मिथाइलब्यूटेन (2-Methylbutane)

स्पष्टीकरण: यह एक शाखित एल्केन है जिसमें मुख्य श्रृंखला में 4 कार्बन परमाणु हैं (ब्यूटेन) और दूसरे कार्बन पर एक मिथाइल समूह जुड़ा है।

Explanation: This is a branched alkane with a main chain of 4 carbon atoms (butane) and a methyl group attached to the second carbon atom.

परिभाषा: पेप्टीकरण वह प्रक्रिया है जिसमें किसी अवक्षेप को उपयुक्त विद्युत अपघट्य (पेप्टीकारक) के साथ मिलाकर कोलॉइडी विलयन में परिवर्तित किया जाता है।

Definition: Peptisation is the process of converting a precipitate into a colloidal solution by adding a suitable electrolyte (peptising agent).

उदाहरण: FeCl₃ के विलयन में Fe(OH)₃ का अवक्षेप मिलाने पर कोलॉइडी विलयन बनता है।

Example: Adding Fe(OH)₃ precipitate to FeCl₃ solution forms a colloidal solution.

हेनरी का नियम (Henry's Law): स्थिर ताप पर, किसी द्रव में गैस की विलेयता, उस गैस के आंशिक दाब के समानुपाती होती है।

Henry's Law: At constant temperature, the solubility of a gas in a liquid is directly proportional to the partial pressure of that gas above the liquid.

कॉट्रेल अवक्षेपक (Cottrell Precipitator): यह एक उपकरण है जो धुएँ से कोलॉइडी कणों को विद्युत अवक्षेपण द्वारा हटाता है। इसमें एक धातु का पाइप (संग्राहक इलेक्ट्रोड) और उसके अंदर एक तार (निर्वहन इलेक्ट्रोड) होता है। उच्च वोल्टेज लगाने पर कण आयनित होकर संग्राहक इलेक्ट्रोड पर जमा हो जाते हैं।

(चित्र में निम्नलिखित भाग दर्शाए जाने चाहिए: धुआँ प्रवेश, निर्वहन इलेक्ट्रोड, संग्राहक इलेक्ट्रोड, उच्च वोल्टेज स्रोत, स्वच्छ गैस निकास, एकत्रित कण।)

बंधनी समावयवी (Linkage isomer): [Co(NH₃)₅(ONO)]Cl₂

व्याख्या: NO₂⁻ एक उभयदंती लिगैंड है जो N या O परमाणु के माध्यम से जुड़ सकता है। N-बंधित रूप (नाइट्रो) दिया गया है, इसका O-बंधित रूप (नाइट्राइटो) बंधनी समावयवी होगा।

कारण: कार्बोक्सिलिक अम्ल में, कार्बोक्सिलेट आयन (RCOO⁻) अनुनाद द्वारा स्थायी होता है, जहाँ ऋणावेश दो ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत होता है। फीनॉल में, फीनॉक्साइड आयन (C₆H₅O⁻) में ऋणावेश केवल एक ऑक्सीजन परमाणु पर केंद्रित होता है, जिससे यह कम स्थायी होता है। अतः कार्बोक्सिलिक अम्ल अधिक आसानी से प्रोटॉन त्यागता है और अधिक अम्लीय होता है।

निओप्रीन का सूत्र: (C₅H₆Cl₂)ₙ या [CH₂=C(Cl)-CH=CH₂]ₙ

व्याख्या: निओप्रीन 2-क्लोरो-1,3-ब्यूटाडाइन का बहुलक है। इसकी पुनरावर्ती इकाई -CH₂-C(Cl)=CH-CH₂- है।

(अ) फोटोग्राफी में प्रयुक्त प्रकाश संवेदी सिल्वर यौगिक: सिल्वर ब्रोमाइड (AgBr)।

(ब) रजत सॉल का दूसरा नाम: कोलॉइडी सिल्वर या आर्जिरोल (Argyrol) – यह सिल्वर का एक प्रोटीनयुक्त कोलॉइडी विलयन है जिसका उपयोग एंटीसेप्टिक के रूप में होता है।

Prove for the first order reaction that:

k = ^2.303⁄_t log ^[R]₀⁄_[R]

यहाँ [R]₀ = क्रियाकारक की प्रारम्भिक सान्द्रता, [R] = समय t के बाद क्रियाकारक की सान्द्रता

उपपत्ति: प्रथम कोटि की अभिक्रिया के लिए वेग नियम है:

-^d[R]⁄_dt = k[R]

समाकलन करने पर:

∫^[R]_[R]0 ^d[R]⁄_[R] = -k ∫^t₀ dt

ln [R] - ln [R]₀ = -kt

ln ^[R]₀⁄_[R] = kt

प्राकृतिक लघुगणक को दशमलव लघुगणक में बदलने पर (ln = 2.303 log):

2.303 log ^[R]₀⁄_[R] = kt

अतः k = ^2.303⁄_t log ^[R]₀⁄_[R]

यही सिद्ध करना था।

Write the chemical equation for preparation of mesityl oxide from acetone.

दो अणु ऐसिटॉन के निर्जलीकरण से मेसिटिल ऑक्साइड बनता है:

2 CH₃COCH₃ ^H₂SO₄→ (CH₃)₂C=CHCOCH₃ + H₂O

या: 2 ऐसिटॉन → मेसिटिल ऑक्साइड + जल

Write the chemical equation of such reaction in which both methyl alcohol and potassium formate formed from formaldehyde.

यह कैनिजारो अभिक्रिया है, जिसमें फॉर्मेल्डिहाइड सान्द्र KOH के साथ अभिक्रिया करता है:

2 HCHO + KOH → CH₃OH + HCOOK

या: 2 फॉर्मेल्डिहाइड + पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड → मेथिल ऐल्कोहॉल + पोटेशियम फॉर्मेट

व्याख्या (Explanation):

[Fe(CN)₆]^3– में Fe की ऑक्सीकरण अवस्था +3 है। Fe³⁺ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास 3d⁵ है। CN^– एक प्रबल क्षेत्र लिगैंड है, जो क्रिस्टल क्षेत्र में बड़ा विपाटन (Δ_o) उत्पन्न करता है। इस कारण सभी पाँच d-इलेक्ट्रॉन निम्न ऊर्जा के t_2g कक्षकों में युग्मित हो जाते हैं (t_2g⁵ e_g⁰ विन्यास)। चूँकि सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित हैं, अतः यह संकुल प्रतिचुम्बकीय (diamagnetic) है।

अभिक्रिया (Reaction):

ग्लूकोस (CHO) हाइड्रोक्सिलऐमीन (NH₂OH) के साथ अभिक्रिया करके ग्लूकोस ऑक्सीम बनाता है।

CH₂OH(CHOH)₄CHO + NH₂OH → CH₂OH(CHOH)₄CH=NOH + H₂O

(ग्लूकोस) + (हाइड्रोक्सिलऐमीन) → (ग्लूकोस ऑक्सीम) + (जल)

कॉपर के दो अयस्क:

1. क्यूप्राइट (Cu₂O) – लाल ताम्र अयस्क
2. कॉपर पाइराइट्स (CuFeS₂) – ताम्र पाइराइट

मंडल परिष्करण (Zone Refining) विधि का चित्र:

[चित्र: एक क्षैतिज नली जिसमें अशुद्ध धातु की छड़ रखी है। नली के चारों ओर एक गोलाकार तापक (heater) है जो धीरे-धीरे बाएँ से दाएँ घूम रहा है। तापक के नीचे पिघला हुआ क्षेत्र (molten zone) दिखाया गया है। दाएँ सिरे पर शुद्ध धातु एकत्रित हो रही है।]

नामांकन: (1) अशुद्ध धातु की छड़, (2) गोलाकार तापक, (3) पिघला हुआ क्षेत्र, (4) शुद्ध धातु का संग्रहण, (5) अशुद्धियों का सिरे पर स्थानांतरण।

आयरन के दो अयस्क:

1. हेमेटाइट (Fe₂O₃)
2. मैग्नेटाइट (Fe₃O₄)

हॉल-हेरॉल्ट विधि (Hall-Héroult process) का विद्युत अपघटनी सेल:

[चित्र: एक लोहे का बर्तन जिसके अंदर ग्रेफाइट (कार्बन) की परत लगी है (कैथोड)। ऊपर से कार्बन के एनोड डाले गए हैं। सेल में पिघला हुआ Al₂O₃ + क्रायोलाइट (Na₃AlF₆) का मिश्रण है। तल पर पिघला हुआ एल्युमिनियम एकत्रित हो रहा है।]

नामांकन: (1) कार्बन कैथोड (लोहे का बर्तन), (2) कार्बन एनोड, (3) पिघला हुआ Al₂O₃ + क्रायोलाइट, (4) पिघला हुआ एल्युमिनियम (तल पर), (5) बाहरी विद्युत स्रोत।

हल:

ऐथिलीन ग्लाइकॉल के मोल = द्रव्यमान / मोलर द्रव्यमान = 3.0 g / 62 g mol⁻¹ = 0.0484 mol

विलायक (जल) का द्रव्यमान = 500 g = 0.5 kg

मोललता (m) = मोल / विलायक का द्रव्यमान (kg) = 0.0484 mol / 0.5 kg = 0.0968 m

अ) हिमांक अवनमन (ΔT_f):

ΔT_f = K_f × m = 1.86 K kg mol⁻¹ × 0.0968 mol kg⁻¹ = 0.18 K

ब) विलयन का हिमांक:

विलयन का हिमांक = जल का हिमांक – ΔT_f = 273 K – 0.18 K = 272.82 K

उत्तर:

अ) PHBV (पॉलीहाइड्रॉक्सीब्यूटाइरेट-को-हाइड्रॉक्सीवैलरेट) के एकलक:

• 3-हाइड्रॉक्सीब्यूटेनोइक अम्ल (3-hydroxybutanoic acid)
• 3-हाइड्रॉक्सीपेंटेनोइक अम्ल (3-hydroxypentanoic acid)

ब) डेक्रॉन एक पॉलिएस्टर है जो टेरेफ्थैलिक अम्ल और एथिलीन ग्लाइकॉल के संघनन बहुलकीकरण द्वारा प्राप्त होता है।

अभिक्रिया:

n HOOC–C₆H₄–COOH + n HO–CH₂–CH₂–OH → [–OC–C₆H₄–CO–O–CH₂–CH₂–O–]ₙ + (2n-1) H₂O

(टेरेफ्थैलिक अम्ल + एथिलीन ग्लाइकॉल → डेक्रॉन + जल)

उत्तर:

i) यौगिक 'A' क्लोरोफॉर्म (CHCl₃) है, जो शल्यचिकित्सा में निश्चेतक के रूप में उपयोग होता है। यौगिक 'B' फॉस्जीन गैस (COCl₂) है, जो विषैली होती है।

ii) क्लोरोफॉर्म से फॉस्जीन बनने का समीकरण:

2 CHCl₃ + O₂ → 2 COCl₂ + 2 HCl

(प्रकाश और वायु की उपस्थिति में क्लोरोफॉर्म ऑक्सीकृत होकर फॉस्जीन और हाइड्रोजन क्लोराइड बनाता है।)

क्रिस्टलीय ठोस:

• इनमें परमाणु/अणु/आयन एक नियमित त्रिविमीय व्यवस्था (दीर्घ-परास क्रम) में होते हैं।
• इनका एक निश्चित गलनांक होता है।
• उदाहरण: हीरा, सोडियम क्लोराइड (NaCl)।

अक्रिस्टलीय ठोस:

• इनमें परमाणु/अणु/आयन अनियमित रूप से व्यवस्थित होते हैं (लघु-परास क्रम होता है, दीर्घ-परास क्रम नहीं)।
• इनका कोई निश्चित गलनांक नहीं होता, ये एक तापांतराल में पिघलते हैं।
• उदाहरण: काँच, रबर।

जिंक ऑक्साइड (ZnO) एक अतिरिक्त धातु आधिक्य दोष (metal excess defect) वाला यौगिक है। सामान्य ताप पर यह स्टॉइकियोमीट्री (ZnO) में होता है और सफेद रंग का दिखता है।

जब इसे गर्म किया जाता है, तो यह अपने क्रिस्टल जालक से ऑक्सीजन खो देता है। परिणामस्वरूप, जिंक की अतिरिक्त मात्रा जालक में रह जाती है। ये अतिरिक्त जिंक परमाणु अंतराकाशी स्थानों (interstitial sites) में चले जाते हैं और इलेक्ट्रॉन मुक्त करते हैं। ये मुक्त इलेक्ट्रॉन प्रकाश के दृश्य भाग को अवशोषित कर लेते हैं, जिससे ZnO पीले रंग का दिखाई देने लगता है। ठंडा करने पर यह पुनः सफेद हो जाता है।

BCC संरचना में, परमाणु घन के कोनों पर और एक परमाणु घन के केंद्र में स्थित होता है। केंद्र में स्थित परमाणु विकर्ण के साथ कोने के परमाणुओं को स्पर्श करता है।

घन का विकर्ण (body diagonal) = √3 a

विकर्ण की लंबाई = 4r (क्योंकि विकर्ण पर दो कोने के परमाणुओं की त्रिज्या (r+r) और बीच में एक पूरा परमाणु (2r) होता है)

अतः सम्बन्ध: √3 a = 4r या a = 4r/√3

घनीय निकाय (Cubic System):

• अक्षों की लंबाई: a = b = c
• अक्षों के बीच कोण: α = β = γ = 90°
• उदाहरण: NaCl, हीरा

त्रिनताक्ष निकाय (Triclinic System):

• अक्षों की लंबाई: a ≠ b ≠ c
• अक्षों के बीच कोण: α ≠ β ≠ γ ≠ 90°
• उदाहरण: K₂Cr₂O₇, H₃BO₃

बैण्ड सिद्धान्त के अनुसार, अर्द्धचालकों में संयोजकता बैण्ड (valence band) और चालन बैण्ड (conduction band) के बीच एक छोटा ऊर्जा अंतराल (forbidden gap) होता है (लगभग 0.1 eV से 2.5 eV)।

निम्न ताप पर, संयोजकता बैण्ड पूरी तरह भरा होता है और चालन बैण्ड खाली होता है, जिससे चालकता कम होती है। जब ताप बढ़ाया जाता है, तो संयोजकता बैण्ड के कुछ इलेक्ट्रॉन ऊष्मीय ऊर्जा प्राप्त करके ऊर्जा अंतराल को पार कर चालन बैण्ड में चले जाते हैं। ये इलेक्ट्रॉन चालन बैण्ड में स्वतंत्र रूप से घूम सकते हैं और विद्युत चालकता में योगदान करते हैं। साथ ही, संयोजकता बैण्ड में रिक्त स्थान (holes) बन जाते हैं, जो भी चालकता में योगदान करते हैं। ताप बढ़ने पर अधिक इलेक्ट्रॉन चालन बैण्ड में जाते हैं, जिससे चालकता बढ़ जाती है।

FCC संरचना में, परमाणु घन के कोनों पर और प्रत्येक फलक के केंद्र में स्थित होते हैं। फलक के केंद्र का परमाणु उस फलक के कोने के परमाणुओं को स्पर्श करता है।

एक फलक का विकर्ण (face diagonal) = √2 a

इस विकर्ण की लंबाई = 4r (क्योंकि विकर्ण पर दो कोने के परमाणुओं की त्रिज्या (r+r) और बीच में एक पूरा परमाणु (2r) होता है)

अतः सम्बन्ध: √2 a = 4r या a = 4r/√2 = 2√2 r

फीनेट आयन (C₆H₅O⁻) की अनुनादी संरचनाएँ:

1. बेंजीन वलय पर ऋणात्मक आवेश ऑक्सीजन परमाणु पर स्थित होता है।
2. ऋणात्मक आवेश बेंजीन वलय के ऑर्थो और पैरा स्थानों पर विस्थापित होता है।
3. कुल तीन प्रमुख अनुनादी संरचनाएँ होती हैं, जिनमें ऋणात्मक आवेश ऑक्सीजन, ऑर्थो कार्बन और पैरा कार्बन पर स्थित होता है।

CH₃MgI + CH₃COCH₃ → (CH₃)₃COMgI → H₃O⁺ → (CH₃)₃COH (प्रोपेन-2-ऑल) + MgI(OH)

व्याख्या: मिथाइल मैग्नीशियम आयोडाइड (ग्रिगनार्ड अभिकर्मक) एसीटोन से अभिक्रिया करके एक योगज उत्पाद बनाता है, जो जल-अपघटन पर प्रोपेन-2-ऑल देता है।

ऐल्कॉक्सी आयन (RO⁻) में ऋणात्मक आवेश ऑक्सीजन परमाणु पर स्थित होता है। यह एकल अनुनादी संरचना प्रदर्शित करता है, क्योंकि इसमें कोई π-इलेक्ट्रॉन विस्थापन नहीं होता।

CH₃MgI + HCHO → CH₃CH₂OMgI → H₃O⁺ → CH₃CH₂OH (ऐथेनॉल) + MgI(OH)

व्याख्या: मिथाइल मैग्नीशियम आयोडाइड फॉर्मेल्डिहाइड से अभिक्रिया करके एक योगज उत्पाद बनाता है, जो जल-अपघटन पर ऐथेनॉल देता है।

फीनेट आयन (C₆H₅O⁻) की अनुनादी संरचनाएँ निम्नलिखित हैं:

1. बेंजीन वलय पर ऋणावेश ऑक्सीजन परमाणु पर स्थित होता है।
2. ऋणावेश बेंजीन वलय के ऑर्थो और पैरा स्थानों पर विस्थापित हो जाता है।

संरचनाएँ:

• संरचना I: ऋणावेश ऑक्सीजन पर (C₆H₅–O⁻)
• संरचना II: ऋणावेश ऑर्थो स्थान पर (C₆H₅–O के साथ)
• संरचना III: ऋणावेश पैरा स्थान पर

ये संरचनाएँ इलेक्ट्रॉनों के विस्थापन द्वारा फीनेट आयन की स्थिरता को दर्शाती हैं।

एथिल अल्कोहल (C₂H₅OH) को सांद्र H₂SO₄ के साथ 140°C पर गर्म करने पर एथॉक्सी एथेन प्राप्त होता है:

समीकरण:

2 C₂H₅OH → C₂H₅–O–C₂H₅ + H₂O

(सांद्र H₂SO₄, 140°C)

एथिल अल्कोहल का ऑक्सीकरण करने पर एथेनल प्राप्त होता है। Cu उत्प्रेरक की उपस्थिति में वायु द्वारा ऑक्सीकरण:

समीकरण:

C₂H₅OH + [O] → CH₃CHO + H₂O

(Cu, 300°C या K₂Cr₂O₇/H₂SO₄)

CH₃MgI (ग्रिगनार्ड अभिकर्मक) की अभिक्रिया एसीटोन (CH₃COCH₃) से कराने पर प्रोपेन-2-ओल प्राप्त होता है:

समीकरण:

CH₃MgI + CH₃COCH₃ → (CH₃)₃COMgl

फिर जल-अपघटन द्वारा:

(CH₃)₃COMgl + H₂O → (CH₃)₃COH + Mg(OH)I

यहाँ (CH₃)₃COH प्रोपेन-2-ओल (टर्शियरी ब्यूटेनॉल) है।

एल्कॉक्सी बेंजीन (C₆H₅–OR) में ऑक्सीजन परमाणु पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म बेंजीन वलय के साथ अनुनाद में भाग लेता है। अनुनादी संरचनाएँ:

• संरचना I: ऑक्सीजन पर धनावेश, बेंजीन वलय पर ऋणावेश ऑर्थो स्थान पर।
• संरचना II: ऑक्सीजन पर धनावेश, ऋणावेश पैरा स्थान पर।
• संरचना III: ऑक्सीजन पर धनावेश, ऋणावेश दूसरे ऑर्थो स्थान पर।

ये संरचनाएँ एल्कॉक्सी समूह के +R प्रभाव को दर्शाती हैं।

फीनॉल का नाइट्रीकरण करने पर पिक्रिक अम्ल प्राप्त होता है:

समीकरण:

C₆H₅OH + 3 HNO₃ → C₆H₂(NO₂)₃OH + 3 H₂O

(सांद्र H₂SO₄ की उपस्थिति में)

फीनॉल का कोल्बे-श्मिट अभिक्रिया द्वारा कार्बोक्सिलीकरण करने पर सैलिसिलिक अम्ल प्राप्त होता है:

समीकरण:

C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O

C₆H₅ONa + CO₂ → C₆H₄(OH)COONa

फिर अम्लीकरण द्वारा:

C₆H₄(OH)COONa + HCl → C₆H₄(OH)COOH + NaCl

(दाब, 125°C, 4-7 atm)

CH₃MgI की अभिक्रिया फॉर्मेल्डिहाइड (HCHO) से कराने पर एथेनॉल प्राप्त होता है:

समीकरण:

CH₃MgI + HCHO → CH₃CH₂OMgl

फिर जल-अपघटन द्वारा:

CH₃CH₂OMgl + H₂O → CH₃CH₂OH + Mg(OH)I

यहाँ CH₃CH₂OH एथेनॉल है।

मोलर चालकता (Λ_m) का SI मात्रक S m² mol⁻¹ (सीमेंस वर्ग मीटर प्रति मोल) है।

हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल में:

एनोड (ऑक्सीकरण):

2 H₂ + 4 OH⁻ → 4 H₂O + 4 e⁻

कैथोड (अपचयन):

O₂ + 2 H₂O + 4 e⁻ → 4 OH⁻

कुल अभिक्रिया:

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

हल:

नेर्न्स्ट समीकरण का उपयोग करते हुए:

E_सेल = E⁰_सेल – (0.0591 / n) log Q

यहाँ, n = 2 (Mg से Ag तक 2 इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होते हैं)

सेल अभिक्रिया: Mg + 2 Ag⁺ → Mg²⁺ + 2 Ag

Q = [Mg²⁺] / [Ag⁺]² = (1) / (0.1)² = 1 / 0.01 = 100

E_सेल = 3.17 – (0.0591 / 2) log 100

log 100 = 2

E_सेल = 3.17 – (0.02955 × 2)

E_सेल = 3.17 – 0.0591

E_सेल = 3.1109 V

अतः 25°C पर सेल का विद्युत वाहक बल 3.11 V (लगभग) है।

ईंधन सेल (Fuel Cell): यह एक विद्युत रासायनिक सेल है जिसमें ईंधन (जैसे हाइड्रोजन) और ऑक्सीकारक (जैसे ऑक्सीजन) को लगातार बाहर से आपूर्ति की जाती है और यह रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक प्राथमिक सेल की तरह कार्य करता है लेकिन इसमें अभिकारकों की निरंतर आपूर्ति होती है।

कारण: आयनिक विलयन की चालकता मापने के लिए प्रत्यावर्ती धारा (AC) का उपयोग किया जाता है, न कि प्रत्यक्ष धारा (DC) का। यदि प्रत्यक्ष धारा प्रवाहित की जाए, तो विद्युत अपघटन होने लगता है, जिससे विलयन की संरचना बदल जाती है और चालकता का सही मान प्राप्त नहीं होता। प्रत्यावर्ती धारा के उपयोग से विद्युत अपघटन नहीं होता और चालकता का सटीक मापन संभव होता है।

हल:

सेल अभिक्रिया: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

नेर्न्स्ट समीकरण के अनुसार:

E_सेल = E⁰_सेल - (0.0591/n) log Q

यहाँ, n = 2 (इलेक्ट्रॉनों की संख्या)

Q = [Zn²⁺] / [Cu²⁺] = (0.1) / (0.01) = 10

E_सेल = 1.10 - (0.0591/2) log 10

E_सेल = 1.10 - (0.02955) × 1

E_सेल = 1.10 - 0.02955

E_सेल = 1.07045 V

S.I. unit of molar conductance: S m² mol^-1 (siemens meter squared per mole) or Ω^-1 m² mol^-1.

Fuel cell (H₂-O₂ fuel cell):

• Anode (Oxidation): 2H₂(g) + 4OH^-(aq) → 4H₂O(l) + 4e^-
• Cathode (Reduction): O₂(g) + 2H₂O(l) + 4e^- → 4OH^-(aq)

Overall reaction: 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l)

Solution:

Cell reaction: Mg(s) + 2Ag⁺(aq) → Mg²⁺(aq) + 2Ag(s)

Using Nernst equation:

E_cell = E⁰_cell - (0.0591/n) log Q

Here, n = 2

Q = [Mg²⁺] / [Ag⁺]² = (1) / (0.1)² = 1 / 0.01 = 100

E_cell = 3.17 - (0.0591/2) log 100

E_cell = 3.17 - (0.02955) × 2

E_cell = 3.17 - 0.0591

E_cell = 3.1109 V

Fuel Cell: A fuel cell is an electrochemical cell that continuously converts chemical energy of a fuel (like hydrogen) and an oxidant (like oxygen) into electrical energy. It operates like a primary battery but with continuous supply of reactants from an external source.

Reason: Actually, alternating current (AC) is used instead of direct current (DC) to measure conductivity of ionic solutions. If DC is passed, electrolysis occurs which changes the composition of the solution and gives incorrect conductivity values. AC prevents electrolysis and allows accurate measurement of conductivity.

Solution:

Cell reaction: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

Using Nernst equation:

E_cell = E⁰_cell - (0.0591/n) log Q

Here, n = 2

Q = [Zn²⁺] / [Cu²⁺] = (0.1) / (0.01) = 10

E_cell = 1.10 - (0.0591/2) log 10

E_cell = 1.10 - (0.02955) × 1

E_cell = 1.10 - 0.02955

E_cell = 1.07045 V