విద్యుద్విశ్లేషణ కణాల ఉదాహరణ ప్రశ్నలు మరియు చర్చ
రసాయన శక్తిని విద్యుత్ శక్తిగా మార్చే వోల్టాయిక్ సెల్ లేదా గాల్వానిక్ సెల్కు భిన్నంగా, ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్ అనేది విద్యుత్ శక్తిని అసంకల్పిత రసాయన చర్యగా మార్చడానికి ఉపయోగించే ఒక పరికరం. ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్లో, అదనపు విద్యుత్ శక్తి లేకుండా జరగని రసాయన చర్యను బలవంతంగా జరిపించడానికి విద్యుత్ ప్రవాహాన్ని ఉపయోగిస్తారు. స్వచ్ఛమైన లోహాల ఉత్పత్తి, హైడ్రోజన్ మరియు ఆక్సిజన్ను ఉత్పత్తి చేయడానికి నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ మరియు మరెన్నో పారిశ్రామిక అనువర్తనాలలో ఈ భావన చాలా కీలకమైనది.
ఈ వ్యాసం విద్యుద్విశ్లేషణ కణాల భావనను విద్యార్థులు మరింత లోతుగా అర్థం చేసుకోవడానికి సహాయపడే విద్యుద్విశ్లేషణ సమస్యలకు సంబంధించిన అనేక ఉదాహరణలను, వాటి చర్చలతో పాటు చర్చిస్తుంది.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 1: NaCl ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ
పెర్తన్యాన్
సోడియం క్లోరైడ్ (NaCl) ద్రావణాన్ని జడ ఎలక్ట్రోడ్లను ఉపయోగించి విద్యుద్విశ్లేషణ చేశారు. కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ వద్ద జరిగే చర్యలను మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఏర్పడే ఉత్పత్తులను రాయండి.
చర్చ
ఒక విద్యుద్విశ్లేషణ ఘటంలో రెండు ఎలక్ట్రోడ్లు ఉంటాయి: కాథోడ్ (రుణాత్మక ఎలక్ట్రోడ్) మరియు ఆనోడ్ (ధనాత్మక ఎలక్ట్రోడ్). NaCl ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ రెండు దశలలో జరుగుతుంది: కాథోడ్ వద్ద జరిగే చర్య మరియు ఆనోడ్ వద్ద జరిగే చర్య.
1. కాథోడ్ వద్ద చర్య:
కాథోడ్ వద్ద, పాల్గొనే అయాన్లు Na⁺ అయాన్లు మరియు H₂O అయాన్లు. అయితే, H₂O అయాన్లు వాటి అధిక రిడక్షన్ పొటెన్షియల్ కారణంగా Na⁺ అయాన్ల కంటే సులభంగా క్షయకరణం చెందుతాయి.
కాథోడ్ వద్ద జరిగే చర్య:
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (క్షయకరణ పొటెన్షియల్ = -0.83 V)
""
కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే పదార్థం హైడ్రోజన్ వాయువు (H₂).
2. ఆనోడ్ వద్ద చర్య:
ఆనోడ్ వద్ద, పాల్గొనే అయాన్లు Cl⁻ అయాన్లు మరియు H₂O అయాన్లు. Cl⁻ అయాన్లు వాటి తక్కువ ఆక్సీకరణ పొటెన్షియల్ కారణంగా H₂O అయాన్ల కంటే సులభంగా ఆక్సీకరణ చెందుతాయి.
ఆనోడ్ వద్ద జరిగే చర్య:
""
2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻ (ఆక్సీకరణ పొటెన్షియల్ = -1.36 V)
""
ఆనోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే పదార్థం క్లోరిన్ వాయువు (Cl₂).
కాబట్టి, NaCl ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణలో, కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యేది హైడ్రోజన్ వాయువు (H₂) మరియు ఆనోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యేది క్లోరిన్ వాయువు (Cl₂).
ఉదాహరణ ప్రశ్న 2: రాగి ఎలక్ట్రోడ్లతో CuSO₄ ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ
పెర్తన్యాన్
రాగి ఎలక్ట్రోడ్లను ఉపయోగించి కాపర్(II) సల్ఫేట్ (CuSO₄) ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ జరిపారు. కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ వద్ద జరిగే చర్యలను మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఏర్పడిన ఉత్పత్తులను వ్రాయండి.
చర్చ
ఈ సందర్భంలో, ఎలక్ట్రోడ్ జడమైనది కాదు, కానీ రాగి ఎలక్ట్రోడ్, కాబట్టి ఎలక్ట్రోడ్ చర్య జరుపుతుంది.
1. కాథోడ్ వద్ద చర్య:
కాథోడ్ వద్ద, ఆనోడ్ వద్ద ఉన్న Cu²⁺ అయాన్లు క్షయకరణం చెందుతాయి.
""
Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(లు) (తగ్గింపు సంభావ్యత = +0.34 V)
""
కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే ఘన రాగి (Cu) ఎలక్ట్రోడ్ మీద నిక్షిప్తం చేయబడుతుంది.
2. ఆనోడ్ వద్ద చర్య:
ఆనోడ్ వద్ద, రాగి ఎలక్ట్రోడ్ స్వయంగా ఆక్సీకరణకు గురవుతుంది.
""
Cu(లు) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻ (ఆక్సీకరణ సంభావ్యత = -0.34 V)
""
యానోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే పదార్థం Cu²⁺ అయాన్లు.
ఎలక్ట్రోడ్ రాగి కావడం వలన, ద్రావణంలో విద్యుద్విశ్లేషణ చెందిన Cu²⁺ అయాన్లు, యానోడ్ ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద రాగి కరగడం ద్వారా భర్తీ చేయబడతాయి.
ఉదాహరణ 3: నిక్షేపించబడిన లోహం యొక్క ద్రవ్యరాశి
పెర్తన్యాన్
ఒక విద్యుద్విశ్లేషణ ఘటంలో, CuSO₄ ద్రావణం గుండా 0.2 మోల్ ఎలక్ట్రాన్లు ప్రవహిస్తాయి. కాథోడ్ వద్ద ఎన్ని గ్రాముల రాగి నిక్షేపించబడుతుంది?
చర్చ
ప్రవహించే ఎలక్ట్రాన్ల మోల్ల సంఖ్య (F) ను ఉపయోగించి నిక్షేపించబడిన లోహం యొక్క మోల్ల సంఖ్యను నిర్ణయించవచ్చు. లోహ నిక్షేపణకు ఫారడే సమీకరణం:
\[ n = \frac{Q}{Fz} \]
di mana:
– Q = ఆవేశం పరిమాణం (కూలంబ్లలో)
– F = ఫారడే స్థిరాంకం (96500 C/mol)
– z = చర్య యొక్క ప్రతి మోల్కు ఎలక్ట్రాన్ల సంఖ్య.
ఈ సందర్భంలో, Cu²⁺ రెండు ఎలక్ట్రాన్లను గ్రహించి Cu గా మారుతుంది, కాబట్టి z = 2.
నిక్షేపించబడిన రాగి మోల్ల సంఖ్య:
\[ n = \frac{0.2 \text{ మోల్స్ ఎలక్ట్రాన్లు}}{2} = 0.1 \text{ మోల్స్ Cu} \]
నిక్షేపించబడిన రాగి బరువు:
\[ \text{Cu ద్రవ్యరాశి} = n \times \text{Mr} \]
ఇక్కడ Mr అనేది Cu యొక్క మోలార్ ద్రవ్యరాశి (63.5 గ్రా/మోల్)
కాబట్టి:
\[ \text{రాగి ద్రవ్యరాశి} = 0.1 \times 63.5 = 6.35 \text{ గ్రాములు} \]
కాబట్టి, కాథోడ్పై 6.35 గ్రాముల రాగి నిక్షేపించబడుతుంది.
ఉదాహరణ ప్రశ్న 4: KI ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ
పెర్తన్యాన్
KI ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణ జడ ఎలక్ట్రోడ్లను ఉపయోగించి నిర్వహిస్తారు. కాథోడ్ మరియు ఆనోడ్ వద్ద జరిగే చర్యలను మరియు ప్రతి ఎలక్ట్రోడ్ వద్ద ఏర్పడిన ఉత్పత్తులను వ్రాయండి.
చర్చ
1. కాథోడ్ వద్ద చర్య:
కాథోడ్ వద్ద, పాల్గొనే అయాన్లు K⁺ మరియు H₂O అయాన్లు. K⁺ అయాన్ల కంటే H₂O అయాన్లు మరింత సులభంగా క్షయకరణం చెందుతాయి.
""
2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq)
""
కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే పదార్థం హైడ్రోజన్ వాయువు (H₂).
2. ఆనోడ్ వద్ద చర్య:
ఆనోడ్ వద్ద, I⁻ మరియు H₂O అయాన్లు ఉంటాయి. H₂O అయాన్ల కంటే I⁻ అయాన్లు మరింత సులభంగా ఆక్సీకరణం చెందుతాయి.
""
2I⁻(aq) → I₂(s) + 2e⁻
""
ఆనోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యే పదార్థం అయోడిన్ (I₂).
కాబట్టి, KI ద్రావణం యొక్క విద్యుద్విశ్లేషణలో, కాథోడ్ వద్ద ఉత్పత్తి అయ్యేది హైడ్రోజన్ వాయువు (H₂) మరియు ఆనోడ్ వద్ద అయోడిన్ (I₂).
పెనుటప్
రసాయన శాస్త్ర విద్యార్థులకు మరియు లోహశాస్త్రం, రసాయన ఉత్పత్తి, మరియు శక్తి పరిశ్రమ వంటి రంగాలలోని నిపుణులకు విద్యుద్విశ్లేషణ ఘటాల సూత్రాలు మరియు అనువర్తనాలపై పటిష్టమైన అవగాహన అత్యవసరం. ఈ అవగాహనను పటిష్టం చేయడానికి, ఈ వ్యాసం విద్యుద్విశ్లేషణకు సంబంధించిన అనేక ఉదాహరణ సమస్యలను మరియు వాటి పరిష్కారాలను అందిస్తోంది. ఈ ప్రాథమిక భావనలపై పట్టు సాధించడం, నిజ జీవితంలో ఎదురయ్యే వివిధ ఆచరణాత్మక మరియు సైద్ధాంతిక సమస్యలను పరిష్కరించడంలో సహాయపడుతుందని ఆశిస్తున్నాము.
