14विभव–pH आरेख

हल — अभ्यास 14.1.

मैंगनीज़: $\ce{Mn}$ (0) $<$ $\ce{Mn^2+}$, $\ce{Mn(OH)2}$ ($+$II) $<$ $\ce{MnO2}$ ($+$IV) $<$ $\ce{MnO4-}$ ($+$VII)। क्लोरीन: $\ce{Cl-}$ ($-$I) $<$ $\ce{Cl2}$ (0) $<$ $\ce{HClO}$, $\ce{ClO-}$ ($+$I) $<$ $\ce{ClO3-}$ ($+$V)।

हल — अभ्यास 14.2.

$-0.059 \times 3/1 = -0.177$; $+0.059 \times 2/2 = +0.059$; $-0.059 \times 8/5 = -0.094$; $-0.059 \times 2/2 = -0.059$ V प्रति pH इकाई। कॉपर युग्म के लिए प्रोटॉन अपचित रूप की ओर मुक्त होते हैं ($m = -2$): विभव pH के साथ बढ़ता है।

हल — अभ्यास 14.3.

$\ce{H+}$/$\ce{H2}$, pH 0 पर 0 V से गुज़रती है और $\mathrm{pH} \geqslant 0$ के लिए 0.50 V तक कभी नहीं पहुँचती। $\ce{O2}$/$\ce{H2O}$, $\mathrm{pH} = 0.73/0.059 = 12.4$ पर 0.50 V तक पहुँचती है और 0 V तक केवल pH 20.8 पर, जो पैमाने से बाहर है। पट्टी हर pH पर $1.23\,\mathrm{V}$ चौड़ी है, pH 7 पर भी ($-0.41$ से $+0.82$ V तक)।

हल — अभ्यास 14.4.

(1, 1.0 V): $\ce{Fe^3+}$। (4, 0): रेखा $\ce{Fe(OH)3}$/$\ce{Fe^2+}$ $1.09 - 0.71 = 0.38$ V पर है और बिंदु उसके नीचे, $-0.47$ V के ऊपर है: $\ce{Fe^2+}$। (10, $-0.4$ V): $-0.07 - 0.59 = -0.66$ और $0.28 - 0.59 = -0.31$ V के बीच: $\ce{Fe(OH)2}$। (10, 0.5 V): $\ce{Fe(OH)3}$।

हल — अभ्यास 14.5.

$\ce{Fe^2+}$/$\ce{Fe}$: $-0.41 + 0.030 \times (-6) = -0.59$ V। $\ce{Fe^3+}$/$\ce{Fe(OH)3}$: $14.00 - \frac13(38.55 - 6) = 3.15$। घुले आयनों के क्षेत्र (संक्षारण) बढ़ते हैं: $\ce{Fe^2+}$ नीचे $-0.59$ V तक फैल जाता है और $\ce{Fe^3+}$, pH 3.15 तक; धातु और हाइड्रॉक्साइड क्षेत्र खोते हैं।

हल — अभ्यास 14.6.

$\ce{Fe(OH)3 + 3H+ + e- -> Fe^2+ + 3H2O}$: $E = E^\circ + 0.059\log\frac{[\ce{H+}]^3}{[\ce{Fe^2+}]} = (E^\circ - 0.059\log c) - 0.177\,\mathrm{pH}$। pH 1.82 पर रेखा $\ce{Fe^3+}$/$\ce{Fe^2+}$ से 0.77 V पर मिलती है, इसलिए स्थिरांक $0.77 + 0.177 \times 1.82 = 1.09$ V है।

हल — अभ्यास 14.7.

$E^\circ(\ce{Cu+}/\ce{Cu}) = 0.52 > E^\circ(\ce{Cu^2+}/\ce{Cu+}) = 0.16$: प्रतिज्ञप्ति 14.9 के अनुसार $\ce{Cu+}$ असमानुपातित होता है। एकल सीमा: $E = 0.34 + 0.030\log 0.010 = 0.28$ V।

हल — अभ्यास 14.8.

pH 0 पर कॉपर का क्षेत्र (0.28 V से नीचे) पानी के क्षेत्र से अतिव्याप्त होता है और हाइड्रोजन की रेखा के ऊपर है: वायु के बिना हाइड्रोक्लोरिक अम्ल से कोई अभिक्रिया नहीं। नाइट्रिक अम्ल: 0.96 V पर $\ce{NO3-}$/$\ce{NO}$ कॉपर के क्षेत्र से ऊपर है, जो ऑक्सीकृत हो जाता है: $\ce{3Cu + 2NO3- + 8H+ -> 3Cu^2+ + 2NO + 4H2O}$।

हल — अभ्यास 14.9.

pH 3 पर रेखा $\ce{O2}$/$\ce{H2O}$, $1.23 - 0.18 = 1.05$ V पर है, $\ce{Fe^2+}$ के पूरे क्षेत्र से ऊपर: ऑक्सीजन आयरन(II) को ऑक्सीकृत करती है। pH 1.82 से ऊपर बना आयरन(III) पीले-भूरे हाइड्रॉक्साइड के रूप में अवक्षेपित होता है: $\ce{4Fe^2+ + O2 + 10H2O -> 4Fe(OH)3 + 8H+}$।

हल — अभ्यास 14.10.

ऊर्ध्वाधर सीमाएँ: $14.00 - \frac12(16.38 - 2) = 6.81$; और, $\ce{Zn(OH)2 + 2OH- <=> Zn(OH)4^2-}$ ($K = 10^{-1.93}$) से, $[\ce{Zn(OH)4^2-}] = 10^{-2}$ के साथ, $[\ce{OH-}]^2 = 10^{-0.07}$, pH 13.97। $\ce{Zn^2+}$/$\ce{Zn}$: $-0.76 + 0.030 \times (-2) = -0.82$ V। $\ce{Zn(OH)2}$/$\ce{Zn}$: प्रवणता $-0.059$, $(6.81, -0.82)$ से होकर: $E = -0.42 - 0.059\,\mathrm{pH}$। $\ce{Zn(OH)4^2- + 4H+ + 2e- -> Zn + 4H2O}$: प्रवणता $-0.118$, $(13.97, -1.24)$ से होकर: $E = 0.41 - 0.118\,\mathrm{pH}$।

हल — अभ्यास 14.11.

आयरन का क्षेत्र हर pH पर हाइड्रोजन रेखा के नीचे है। pH 2: आयरन हाइड्रोजन की मुक्ति के साथ $\ce{Fe^2+}$ में ऑक्सीकृत होता है (संक्षारण)। pH 7: अभिक्रिया अब भी संभव है, पर हाइड्रोजन रेखा ($-0.41$ V) $\ce{Fe^2+}$/$\ce{Fe}$ के पास है और अभिक्रिया बहुत धीमी है। pH 13: आयरन $\ce{Fe(OH)2}$ में ऑक्सीकृत होता है, जो निष्क्रियण क्षेत्र है: एक परत बनती है और कील चमकती रहती है। घुली ऑक्सीजन के साथ रेखा $\ce{O2}$/$\ce{H2O}$, जो बहुत ऊपर है, हर pH पर आयरन को आयरन(III) में ऑक्सीकृत करती है: जंग, $\ce{Fe(OH)3}$ और उसके निर्जलित ऑक्साइड।

हल — अभ्यास 14.12.

ज़िंक का क्षेत्र नीचे है: इस्पात के संपर्क में वह पहले ऑक्सीकृत होता है, pH 8 पर $\ce{2Zn + O2 + 2H2O -> 2Zn(OH)2}$, और उससे मुक्त इलेक्ट्रॉन इस्पात की सतह पर ऑक्सीजन को अपचित करते हैं, जो धात्विक बनी रहती है। मैग्नीशियम ($E^\circ = -2.36$ V) और भी नीचे है और वह भी काम करता है; कॉपर (0.34 V) आयरन से ऊपर है: कॉपर से जुड़ा होने पर आयरन ही ऑक्सीकृत होने वाली धातु होता, और अकेले की तुलना में अधिक तेज़ी से।