मानक इलेक्ट्रोड क्षमताको उदाहरण प्रश्न र छलफल
पेन्डाहुलुआन
मानक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीमा एउटा महत्त्वपूर्ण अवधारणा हो जसले इलेक्ट्रोडको इलेक्ट्रोनहरू आकर्षित गर्ने क्षमताको वर्णन गर्दछ। यो अवधारणा इलेक्ट्रोकेमिकल सेल गणनामा र रेडक्स प्रतिक्रियाहरूको लागि प्रवृत्ति निर्धारण गर्न प्रयोग गरिन्छ। मानक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता (E°) मानक अवस्थाहरूमा मापन गरिन्छ, अर्थात् १ M को सांद्रता, १ atm को दबाब, र २५°C (२९८ K) को तापक्रममा। यस लेखमा, हामी मानक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता समस्याहरूको धेरै उदाहरणहरू छलफल गर्नेछौं र तिनीहरूलाई गहिराइमा छलफल गर्नेछौं।
मानक इलेक्ट्रोड क्षमताको आधारभूत अवधारणा
मानक इलेक्ट्रोड क्षमता, जसलाई E° भनिन्छ, ले रासायनिक प्रजातिको घट्ने (इलेक्ट्रोनहरू स्वीकार गर्ने) प्रवृत्तिलाई वर्णन गर्दछ। E° मान जति धेरै सकारात्मक हुन्छ, प्रजातिको घट्ने प्रवृत्ति त्यति नै बढी हुन्छ। यसको विपरीत, E° मान जति धेरै ऋणात्मक हुन्छ, प्रजातिको अक्सिडाइज हुने (इलेक्ट्रोनहरू गुमाउने) प्रवृत्ति त्यति नै बढी हुन्छ।
मानक इलेक्ट्रोड सम्भाव्यता तालिकाले विभिन्न रेडक्स प्रतिक्रियाहरूको लागि E° मानहरू प्रदान गर्दछ, र यी मानहरू इलेक्ट्रोकेमिकल सेल सम्भाव्यता गणना गर्न प्रयोग गरिन्छ।
उदाहरण प्रश्न ३
प्रश्न:
निम्न दुई आधा-प्रतिक्रियाहरू र तिनीहरूको इलेक्ट्रोड क्षमतालाई ध्यानमा राख्दै:
- Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s), E° = +0.80 V
– Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s), E° = +0.34 V
यी दुई आधा-प्रतिक्रियाहरूबाट बनेको ग्याल्भेनिक कोषको लागि कोष क्षमता (E°_कोष) निर्धारण गर्नुहोस्।
छलफल:
कोष क्षमता निर्धारण गर्न, हामीले एनोड र क्याथोड पहिचान गर्न आवश्यक छ। ग्याल्भेनिक सेलमा, बढी सकारात्मक मानक इलेक्ट्रोड क्षमता भएकोले क्याथोड (घटाउने ठाउँ) र बढी ऋणात्मक क्षमता भएकोले एनोड (अक्सिडेशनको ठाउँ) को रूपमा काम गर्दछ।
१. एनोड र क्याथोड पहिचान गर्नुहोस्:
– Ag⁺ + e⁻ → Ag, E° = +०.८० V (धेरै धनात्मक, त्यसैले क्याथोड)
– Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu, E° = +0.34 V (अधिक नकारात्मक, त्यसैले एनोड)
२. अक्सीकरण र घटाउने प्रतिक्रियाहरू निर्धारण गर्नुहोस्:
– क्याथोड (घटाउ): Ag⁺ + e⁻ → Ag, E°_cathode = +0.80 V
– एनोड (अक्सीकरण): Cu → Cu²⁺ + 2e⁻, E°_एनोड = -0.34 V (प्रतिक्रिया दिशा र सम्भाव्य चिन्ह उल्टो गर्नुहोस्)
३. E°_cell गणना गर्दै:
\[
E°_{cell} = E°_{क्याथोड} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} – (-०.३४\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} + ०.३४\, \text{V} = १.१४\, \text{V}
\]
त्यसैले, कोष क्षमता (E°_कोष) +१.७३ V छ।
उदाहरण प्रश्न ३
प्रश्न:
यसको इलेक्ट्रोड क्षमतासँग तलको प्रतिक्रियालाई ध्यानमा राख्दै:
– Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq), E° = +०.७७ V
– Zn²⁺(aq) + 2e⁻ → Zn(s), E° = -0.76 V
दुवै आधा-प्रतिक्रियाहरू प्रयोग गरेर ग्याल्भेनिक कोषको लागि कोष क्षमता (E°_कोष) निर्धारण गर्नुहोस्, र पूर्ण कोष प्रतिक्रिया लेख्नुहोस्।
छलफल:
पहिले जस्तै, हामीले पहिले एनोड र क्याथोड पहिचान गर्नुपर्छ।
१. एनोड र क्याथोड पहिचान गर्नुहोस्:
– Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E° = +०.७७ V (धेरै धनात्मक, त्यसैले क्याथोड)
– Zn²⁺ + 2e⁻ → Zn, E° = -0.76 V (अधिक ऋणात्मक, त्यसैले एनोड)
२. अक्सीकरण र घटाउने प्रतिक्रियाहरू निर्धारण गर्नुहोस्:
– क्याथोड (घटाउ): Fe³⁺ + e⁻ → Fe²⁺, E°_क्याथोड = +०.७७ V
– एनोड (अक्सीकरण): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻, E°_एनोड = -0.76 V (प्रतिक्रिया दिशा र सम्भाव्य चिन्ह उल्टो गर्नुहोस्)
३. सन्तुलित इलेक्ट्रोनहरू:
कुल प्रतिक्रियाले इलेक्ट्रोनहरूको संख्या सन्तुलित गर्नुपर्छ:
\[
२(\text{Fe}^{3+} + e⁻ → \text{Fe}^{2+})
\]
\[
\text{Zn} → \text{Zn}^{2+} + 2e⁻
\]
त्यसैले पूर्ण कोशिका प्रतिक्रिया यो हो:
\[
२\पाठ{Fe}^{3+} + \पाठ{Zn} → २\पाठ{Fe}^{2+} + \पाठ{Zn}^{2+}
\]
३. E°_cell गणना गर्दै:
\[
E°_{cell} = E°_{क्याथोड} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} – (-०.३४\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} + ०.३४\, \text{V} = १.१४\, \text{V}
\]
त्यसैले, कोष क्षमता (E°_कोष) +१.७३ V छ।
उदाहरण प्रश्न ३
प्रश्न:
निम्न प्रतिक्रिया प्रयोग गरेर ग्याल्भेनिक कोषको लागि कोष क्षमता र पूर्ण कोष प्रतिक्रिया दिनुहोस्:
– MnO₂(s) + 4H⁺(aq) + 2e⁻ → Mn²⁺(aq) + 2H₂O(l), E° = +1.23 V
– Cr³⁺(aq) + e⁻ → Cr²⁺(aq), E° = -0.50 V
छलफल:
१. एनोड र क्याथोड पहिचान गर्नुहोस्:
– MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E° = +१.२३ V (धेरै धनात्मक, त्यसैले क्याथोड)
– Cr³⁺ + e⁻ → Cr²⁺, E° = -०.५० V (अधिक ऋणात्मक, त्यसैले एनोड)
२. अक्सीकरण र घटाउने प्रतिक्रियाहरू निर्धारण गर्नुहोस्:
– क्याथोड (हटाई): MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Mn²⁺ + 2H₂O, E°_cathode = +1.23 V
– एनोड (अक्सीकरण): Cr²⁺ → Cr³⁺ + e⁻, E°_anode = +0.50 V (प्रतिक्रिया दिशा र सम्भाव्य चिन्ह उल्टो गर्नुहोस्)
३. सन्तुलित इलेक्ट्रोनहरू:
कुल प्रतिक्रियाले इलेक्ट्रोनहरूको संख्या सन्तुलित गर्नुपर्छ:
\[
२(\text{Cr}^{3+} + e⁻ → \text{Cr}^{2+})
\]
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2e⁻ → \text{Mn}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
त्यसैले पूर्ण कोशिका प्रतिक्रिया यो हो:
\[
\text{MnO}_2 + 4\text{H}^+ + 2\text{Cr}^{3+} → \text{Mn}^{2+} + 2\text{Cr}^{2+} + 2\text{H}_2\text{O}
\]
३. E°_cell गणना गर्दै:
\[
E°_{cell} = E°_{क्याथोड} – E°_{anode}
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} – (-०.३४\, \text{V})
\]
\[
E°_{sel} = ०.८०\, \text{V} + ०.३४\, \text{V} = १.१४\, \text{V}
\]
त्यसैले, कोष क्षमता (E°_कोष) +१.७३ V छ।
केसिम्पुलन
रेडक्स प्रतिक्रिया प्रवृत्ति र इलेक्ट्रोकेमिकल सेल पोटेन्सियल निर्धारण गर्न इलेक्ट्रोकेमिस्ट्रीमा मानक इलेक्ट्रोड पोटेन्सियल बुझ्नु महत्त्वपूर्ण छ। माथि छलफल गरिएका चरणहरू प्रयोग गरेर, हामी दिइएको रेडक्स प्रतिक्रियाको सेल पोटेन्सियल सजिलै गणना गर्न सक्छौं। मानक इलेक्ट्रोड पोटेन्सियलहरू ग्याल्भेनिक सेलमा एनोड र क्याथोड निर्धारण गर्न, साथै कुल सेल पोटेन्सियल गणना गर्न प्रयोग गरिन्छ, जसले रेडक्स प्रतिक्रियाको दक्षता र दिशालाई संकेत गर्दछ।
