13अपचयोपचय साम्य और नेर्न्स्ट समीकरण

हल — अभ्यास 13.1.

$\ce{NH3}$ में N: $-$III; $\ce{NO3-}$ में: $+$V। $\ce{SO4^2-}$ में S: $+$VI। $\ce{H2O2}$ में O: $-$I। $\ce{Cr2O7^2-}$ में Cr: $+$VI। $\ce{ClO-}$ में Cl: $+$I। $\ce{Fe3O4}$ में Fe: औसतन $+8/3$ (एक आयरन(II) और दो आयरन(III))। $\ce{CH3OH}$ में C: $x + 4(+1) + (-2) = 0$, $-$II।

हल — अभ्यास 13.2.

$\ce{Cr2O7^2- + 14H+ + 6e- -> 2Cr^3+ + 7H2O}$; $\ce{H2O2 + 2H+ + 2e- -> 2H2O}$; $\ce{O2 + 2H+ + 2e- -> H2O2}$; $\ce{SO4^2- + 4H+ + 2e- -> SO2 + 2H2O}$।

हल — अभ्यास 13.3.

$E = -0.76 + 0.030\log[\ce{Zn^2+}]$; $E = 1.36 + 0.030\log(p(\ce{Cl2})/[\ce{Cl-}]^2)$; $E = 1.23 + 0.015\log(p(\ce{O2})[\ce{H+}]^4)$; $E = 0.27 - 0.059\log[\ce{Cl-}]$ (दाब बार में)। $0.010\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ ज़िंक सल्फ़ेट में: $E = -0.76 + 0.030 \times (-2) = -0.82$ V।

हल — अभ्यास 13.4.

$E(\ce{Zn}) = -0.76 + 0.030\log 0.10 = -0.79$ V, $E(\ce{Cu}) = 0.34 + 0.030\log 0.010 = 0.28$ V। वोल्टता $0.28 - (-0.79) = 1.07$ V। ज़िंक, जो निम्नतर विभव पर है, ऋण ध्रुव है, जहाँ ऑक्सीकरण होता है: यही ऐनोड है।

हल — अभ्यास 13.5.

$\ce{MnO4- + 5Fe^2+ + 8H+ -> Mn^2+ + 5Fe^3+ + 4H2O}$, $n = 5$, $\log K = 5(1.51 - 0.77)/0.059 = 63$: मात्रात्मक और तीव्र, एक प्रसिद्ध अनुमापन (परमैंगनेट स्वयं अपना सूचक है)।

हल — अभ्यास 13.6.

जिन धातुओं का $E^\circ$ 0 से नीचे है वे अभिक्रिया करती हैं: Mg, Zn, Fe, Ni, Pb (लेड केवल धीरे-धीरे: अंतर छोटा है); Cu और Ag नहीं। $\ce{Mg + 2H+ -> Mg^2+ + H2}$, $\log K = 2 \times 2.36/0.059 = 80$; $\ce{Fe + 2H+ -> Fe^2+ + H2}$, $\log K = 2 \times 0.41/0.059 = 13.9$।

हल — अभ्यास 13.7.

$n = 2$, $\log K = 2(0.53 - 0.02)/0.059 = 17$: मात्रात्मक।

हल — अभ्यास 13.8.

$3E^\circ(\ce{Fe^3+}/\ce{Fe}) = 2(-0.41) + 0.77$, $E^\circ = -0.02$ V। $\ce{2Fe^3+ + Fe -> 3Fe^2+}$: ऑक्सीकारक $\ce{Fe^3+}$ (0.77) अपचायक $\ce{Fe}$ ($-0.41$) से ऊपर है, $n = 2$, $\log K = 2(0.77 + 0.41)/0.059 = 40$। आयरन का बुरादा आयरन(II) के विलयन को आयरन(III) में बदलने से रोकता है।

हल — अभ्यास 13.9.

$\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}$: $E = 1.23 + \frac{0.059}{4}\log [\ce{H+}]^4 = 1.23 - 0.059\,\mathrm{pH}$। $\ce{2H+ + 2e- -> H2}$: $E = \frac{0.059}{2}\log [\ce{H+}]^2 = -0.059\,\mathrm{pH}$। हर pH पर अंतर $1.23$ V है: ईंधन सेल की वोल्टता pH पर निर्भर नहीं करती।

हल — अभ्यास 13.10.

$E^\circ(\ce{Cu+}/\ce{Cu}) = 0.52 > E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu+}) = 0.16$: ऊपरी युग्म का ऑक्सीकारक $\ce{Cu+}$ निचले युग्म के अपचायक $\ce{Cu+}$ से अभिक्रिया करता है। $\log K = (0.52 - 0.16)/0.059 = 6.1$, $K = [\ce{Cu^2+}]/[\ce{Cu+}]^2$, इसलिए $[\ce{Cu+}] = \sqrt{0.10/10^{6.1}} = 2.8 \times 10^{-4}\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$।

हल — अभ्यास 13.11.

$U = 0.059\log(0.10/1.0 \times 10^{-3}) = 0.118$ V। धन ध्रुव सांद्र विलयन वाला सिल्वर है, जहाँ $\ce{Ag+}$ अपचित होता है; तनु विलयन में सिल्वर ऑक्सीकृत होता है। सांद्र विलयन तनु होता जाता है और तनु विलयन सांद्र; वोल्टता घटती है और दोनों सांद्रताएँ बराबर होने पर शून्य हो जाती है।

हल — अभ्यास 13.12.

$\ce{H2O2}$, $\ce{H2O2}$/$\ce{H2O}$ (1.76 V) का ऑक्सीकारक है और $\ce{O2}$/$\ce{H2O2}$ (0.69 V) का अपचायक: वह स्वयं से अभिक्रिया करता है, $\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}$, $\log K = 2(1.76 - 0.69)/0.059 = 36$। अभिक्रिया अनुकूल है पर उत्प्रेरक के बिना बहुत धीमी (अध्याय 9); साफ़ बोतलें और ठंडा, अँधेरा भंडारण इसे धीमा बनाए रखते हैं।