విద్యుత్ రసాయన అనువర్తనాలను చర్చించే ఉదాహరణ ప్రశ్నలు

విద్యుత్ రసాయన అనువర్తనాల నమూనా ప్రశ్నలు మరియు చర్చ

విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రం అనేది రసాయన చర్యలకు మరియు విద్యుత్తుకు మధ్య ఉన్న సంబంధాన్ని అధ్యయనం చేసే రసాయన శాస్త్ర విభాగం. మన దైనందిన జీవితంలో, బ్యాటరీలు, సెన్సార్లు, తుప్పు పట్టడం మరియు ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ ప్రక్రియలు వంటి వివిధ రంగాలలో విద్యుత్ రసాయన శాస్త్రాన్ని చూడవచ్చు. దీనిని మరింతగా అర్థం చేసుకోవడానికి, విద్యుత్ రసాయన శాస్త్ర అనువర్తనాలకు సంబంధించిన అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను మరియు చర్చలను మేము ఇక్కడ అందిస్తున్నాము.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 1: గాల్వానిక్ బ్యాటరీ (వోల్టాయిక్ సెల్)

ప్రశ్న:
Zn (జింక్) మరియు Cu (రాగి) ఎలక్ట్రోడ్‌లను వరుసగా ZnSO₄ మరియు CuSO₄ ద్రావణాలలో ముంచి ఒక గాల్వానిక్ సెల్ తయారు చేయబడింది. Zn²⁺/Zn యొక్క ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ -0,76 V, మరియు Cu²⁺/Cu యొక్క ప్రామాణిక ఎలక్ట్రోడ్ పొటెన్షియల్ +0,34 V. గాల్వానిక్ సెల్ యొక్క సెల్ వోల్టేజ్ (E° సెల్)ను లెక్కించండి.

చర్చ:

1. అర్ధ కణ చర్యను నిర్ణయించండి:
– జింక్ (Zn) కొరకు అర్ధ-కణ చర్య:
\[
Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
\]
– రాగి (Cu) యొక్క అర్ధ-కణ చర్య:
\[
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
\]

2. ఆనోడ్ మరియు కాథోడ్‌ను గుర్తించడం:
– ఆనోడ్ (ఆక్సీకరణం): Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (మరింత రుణాత్మకం, -0.76 V)
– కాథోడ్ (తగ్గింపు): Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (మరింత సానుకూల, +0.34 V)

3. సెల్ వోల్టేజ్ (E° సెల్) ను లెక్కించడం:
– ప్రామాణిక సెల్ వోల్టేజ్ సూత్రం:
\[
E°_{\text{cell}} = E°_{\text{cathode}} – E°_{\text{anode}}
\]
తో:
\[
E°_{\text{కాథోడ్}} = +0,34 \text{ V}
\]
\[
E°_{\text{anode}} = -0,76 \text{ V}
\]
– కాబట్టి, సెల్ వోల్టేజ్:
\[
E°_{\text{sel}} = 0.34 \text{ V} – (-0.76 \text{ V}) = 1.10 \text{ V}
\]

ఉదాహరణ ప్రశ్న 2: NaCl ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ

ప్రశ్న:
జడ ఎలక్ట్రోడ్‌లను ఉపయోగించి NaCl (aq) ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణలో, ఆనోడ్ మరియు కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే వాయువులను గుర్తించండి. అలాగే, ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద జరిగే చర్యలను వ్రాయండి.

చర్చ:

1. ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ప్రతిచర్య:
– కాథోడ్ (క్షయకరణం):
ఇందులో పాల్గొనే అయాన్లు Na⁺ మరియు H₂O కావచ్చు.
సాధారణంగా జరిగే క్షయకరణ చర్యలు:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
కాబట్టి, కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే వాయువు \( H_2 \).

– ఆనోడ్ (ఆక్సీకరణం):
ఇందులో పాల్గొనే అయాన్లు Cl⁻ మరియు H₂O కావచ్చు.
సాధారణంగా జరిగే ఆక్సీకరణ చర్యలు:
\[
2Cl^- → Cl_2 (g) + 2e^-
\]
కాబట్టి, యానోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే వాయువు \( Cl_2 \).

2. మొత్తం ప్రతిచర్య:
– కాథోడ్ వద్ద చర్య:
\[
2H_2O + 2e^- \rightarrow H_2 (g) + 2OH^-
\]
– యానోడ్ వద్ద ప్రతిచర్య:
\[
2Cl^- → Cl_2 (g) + 2e^-
\]
– మొత్తం ప్రతిచర్య:
\[
2H_2O + 2Cl^- \rightarrow H_2 (g) + Cl_2 (g) + 2OH^-
\]

ఉదాహరణ ప్రశ్న 3: ఎలక్ట్రోప్లేటింగ్ ప్రక్రియ

ప్రశ్న:
AgNO₃ ద్రావణంలో 2 గంటల పాటు 0,5 A విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ప్రయోగించడం ద్వారా కాథోడ్‌పై నిక్షేపించబడిన వెండి (Ag) ద్రవ్యరాశిని లెక్కించండి. వెండి యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశి 107,87 గ్రా/మోల్ మరియు 1 ఫారడే 96.485 C/మోల్ e⁻ కు సమానం.

చర్చ:

1. మొత్తం విద్యుత్ ఆవేశం (Q)ను కనుగొనండి:
– కరెంట్ (I) = 0.5 A
– సమయం (t) = 2 గంటలు = 2 × 3600 సెకన్లు = 7200 సెకన్లు
– మొత్తం విద్యుత్ ఆవేశం (Q) ను ఈ సూత్రాన్ని ఉపయోగించి లెక్కిస్తారు:
\[
Q = I × t
\]
కాబట్టి:
\[
Q = 0.5 A × 7200 s = 3600 C
\]

2. ఎలక్ట్రాన్ల మోల్‌ల సంఖ్య (n)ను లెక్కించడం:
– 1 మోల్ ఎలక్ట్రాన్లు = 96.485 C
– అందించబడిన ఎలక్ట్రాన్ల మోల్‌ల సంఖ్య:
\[
n = \frac{3600 \text{ C}}{96.485 \text{ C/mol}} \approx 0.0373 \text{ mol}
\]

3. నిక్షేపించబడిన వెండి ద్రవ్యరాశిని నిర్ధారించడం:
– కాథోడ్ వద్ద క్షయకరణ చర్య:
\[
Ag^+ + e^- → Ag (s)
\]
– 1 మోల్ ఎలక్ట్రాన్లు 1 మోల్ Ag ను ఉత్పత్తి చేస్తాయి
– నిక్షేపించబడిన Ag మోల్‌ల సంఖ్య:
\[
0.0373 మోల్ Ag
\]
– Ag యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశిని (107,87 గ్రా/మోల్) ఉపయోగించి:
\[
Ag ద్రవ్యరాశి = 0.0373 మోల్ × 107.87 గ్రా/మోల్ ≈ 4.02 గ్రా
\]

ఈ విధంగా, కాథోడ్‌పై నిక్షేపించబడిన వెండి ద్రవ్యరాశి సుమారు 4.02 గ్రాములు.

ఉదాహరణ ప్రశ్న 4: తుప్పు

ప్రశ్న:
తేమతో కూడిన వాతావరణంలో ఇనుము తుప్పు పట్టే ప్రక్రియను వివరించి, అందులో జరిగే రసాయన చర్యలను రాయండి.

చర్చ:

1. తుప్పు పట్టే దశలు:
– ఆనోడ్ వద్ద చర్య:
ఇనుము ఫెర్రిక్ అయాన్లుగా ఆక్సీకరణం చెందుతుంది:
\[
Fe → Fe²⁺ + 2e⁻
\]
– కాథోడ్ వద్ద చర్య:
గాలిలోని ఆక్సిజన్ నీటితో మరియు యానోడ్ నుండి వెలువడే ఎలక్ట్రాన్‌లతో చర్య జరుపుతుంది:
\[
O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O
\]
తటస్థ-ఆమ్లరహిత వాతావరణంలో, ఎక్కువగా జరిగే ప్రతిచర్య:
\[
O₂ + 2H₂O + 4e⁻ → 4OH⁻
\]

2. ఐరన్ హైడ్రాక్సైడ్ ఏర్పడటం:
– Fe²⁺ అయాన్లు OH⁻ అయాన్లతో కలిసి Fe(OH)₂ ను ఏర్పరుస్తాయి:
\[
Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂
\]

3. తుప్పు ఏర్పడటం:
– Fe(OH)₂ యొక్క తదుపరి ఆక్సీకరణం Fe(OH)₃ ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ఇది ఆరిపోయి తుప్పుగా (Fe₂O₃.nH₂O) ఏర్పడుతుంది:
\[
4Fe(OH)_2 + O_2 + 2H_2O → 4Fe(OH)_3
\]
– Fe(OH)₃ నీటిని కోల్పోవడం ద్వారా Fe₂O₃ గా మారగలదు:
\[
2Fe(OH)_3 \rightarrow Fe_2O_3 + 3H_2O
\]

విద్యుత్ రసాయన చర్యల శ్రేణి ద్వారా ఇనుము ఎలా క్షయం చెందుతుందో ఈ ప్రక్రియ వివరిస్తుంది. భవనాలు మరియు మౌలిక సదుపాయాలలో లోహ పదార్థాల మన్నికను కాపాడుకోవడానికి క్షయం గురించిన జ్ఞానం అత్యవసరం.

పైన ఇవ్వబడిన ఉదాహరణ ప్రశ్నలు మరియు చర్చలను అర్థం చేసుకోవడం ద్వారా, పాఠకులు రోజువారీ జీవితంలో విద్యుత్ రసాయన సూత్రాల ఆచరణాత్మక అనువర్తనం గురించి మరింత స్పష్టమైన అవగాహన పొందగలరని ఆశిస్తున్నాము.