सामान्य विज्ञान क्विज: विद्युत रसायन: विद्युत अपघटन, विद्युत लेपन और बैटरी

सही उत्तर D, 20 A है। संचायक बैटरी के आवेशन का व्यावहारिक नियम यह है कि आवेशन धारा बैटरी की ऐंपियर-घंटा क्षमता के लगभग दसवें भाग के बराबर रखी जाए, जिसे सी बटा दस दर कहा जाता है। 200 ऐंपियर-घंटा की बैटरी के लिए 200 का दसवाँ भाग 20 ऐंपियर होता है, और इस दर पर पूर्णतः निरावेशित बैटरी लगभग दस से बारह घंटे में आवेशित होती है। इससे बहुत अधिक धारा प्लेटों को गरम कर देती है, अपघट्य को उबाल देती है और सेल का जीवन घटा देती है, जबकि बहुत कम धारा बैटरी को अपूर्ण आवेशित छोड़ देती है और सल्फेटीकरण होने देती है। A अर्थात 12 A तथा B अर्थात 15 A गलत हैं, क्योंकि ये दसवें भाग से कम हैं और 200 ऐंपियर-घंटा के सेल के लिए मनमाने आँकड़े हैं। C अर्थात 10 A जाल है: यह क्षमता का बीसवाँ भाग है, और जो अभ्यर्थी दस प्रतिशत का नियम गलत संख्या पर लगा देते हैं वे इसे चुन लेते हैं।

सही उत्तर C, 12 V है। समानांतर क्रम में जोड़ने पर सभी सेलों के धनात्मक सिरे एक साथ और सभी ऋणात्मक सिरे एक साथ जुड़ जाते हैं, अतः प्रत्येक सेल उन्हीं दो बिंदुओं के बीच रहता है और संयोजन की वोल्टता एक सेल की वोल्टता अर्थात 12 वोल्ट ही रहती है। समानांतर व्यवस्था जो बढ़ाती है वह धारा क्षमता है: छह समान सेल समानांतर में छह गुनी धारा दे सकते हैं अथवा उतनी ही धारा छह गुने समय तक, और समूह का आंतरिक प्रतिरोध एक सेल के छठे भाग के बराबर हो जाता है। B अर्थात 72 V गलत है, क्योंकि वोल्टताओं का जुड़ना श्रेणीक्रम में होता है, जहाँ एक सेल का धन सिरा अगले के ऋण सिरे से जुड़ता है। A अर्थात 6 V तथा D अर्थात 2 V गलत हैं, क्योंकि समान सेलों को जोड़ने की कोई विधि टर्मिनल वोल्टता को एक सेल से नीचे नहीं लाती; 2 वोल्ट संयोगवश एक लेड-अम्ल सेल की वोल्टता है, जिनमें से छह श्रेणीक्रम में ऐसी 12 वोल्ट बैटरी बनाते हैं।

सही उत्तर B, एनोड पर है। एनोड वह इलेक्ट्रोड है जो स्रोत के धनात्मक सिरे से जुड़ा होता है, अतः ऋणावेशित आयन अर्थात ऋणायन उसी की ओर जाते हैं और वहाँ इलेक्ट्रॉन त्याग देते हैं; इलेक्ट्रॉनों का त्याग ही ऑक्सीकरण है। A गलत है क्योंकि कैथोड ऋणात्मक सिरे से जुड़ा होता है, धनावेशित धनायनों को आकर्षित करता है और उन्हें इलेक्ट्रॉन देता है, अतः वहाँ अपचयन होता है, ऑक्सीकरण नहीं। यह नियम गैल्वेनिक सेल में भी लागू रहता है, जहाँ एनोड ऋणात्मक सिरा होते हुए भी ऑक्सीकरण का स्थान है, और परीक्षक इसी बिंदु को जाँचते हैं। C गलत है क्योंकि विद्युत अपघट्य केवल वह माध्यम है जिसमें आयन चलते हैं; अभिक्रिया वहीं होती है जहाँ आयन इलेक्ट्रोड से मिलते हैं। D गलत है क्योंकि लवण सेतु दो अर्ध-सेलों वाले गैल्वेनिक सेल का भाग है और वह केवल परिपथ पूरा करते हुए विलयनों को विद्युत रूप से उदासीन रखता है; वह ऑक्सीकरण का स्थान नहीं है।

सही उत्तर B, 96,500 कूलॉम है। एक फैराडे एक मोल इलेक्ट्रॉनों द्वारा वहन किया गया आवेश है, जो एक इलेक्ट्रॉन के आवेश को आवोगाद्रो संख्या से गुणा करने पर मिलता है और लगभग 96,500 कूलॉम होता है; किसी अपघट्य से एक फैराडे प्रवाहित करने पर इलेक्ट्रोड पर पदार्थ का एक ग्राम तुल्यांक मुक्त होता है। A गलत है क्योंकि 9,650 कूलॉम सही मान का दसवाँ भाग है और असावधानी से पढ़ने वालों के लिए जाल है। C गलत है क्योंकि 1.6 का अंक एक इलेक्ट्रॉन के आवेश से जुड़ा है, जो 1.6 गुणा दस की घात ऋण उन्नीस कूलॉम है, फैराडे से नहीं। D गलत है क्योंकि 6.023 गुणा दस की घात तेईस आवोगाद्रो संख्या है, जो कणों की गिनती है, आवेश की मात्रा नहीं, यद्यपि फैराडे की गणना में दोनों साथ आते हैं।

सही उत्तर B, कैथोड है। लेपन विलयन में धातु के आयन धनावेशित होते हैं, अतः वे ऋणात्मक इलेक्ट्रोड की ओर जाते हैं और वहाँ अपचयित होकर धातु में बदल जाते हैं; इसलिए लेप जमाने के लिए वस्तु को कैथोड बनाना ही पड़ता है। A गलत है क्योंकि एनोड लेप की शुद्ध धातु की पट्टी होती है, जो लेपन के साथ-साथ विलयन में घुलती जाती है और विलयन की सांद्रता स्थिर रखती है, जिससे विलयन बार-बार बदलने की आवश्यकता नहीं पड़ती। C गलत है क्योंकि विद्युत अपघट्य लेप की धातु के लवण का विलयन होता है, जैसे ताँबे के लेपन के लिए कॉपर लवण, और वह इलेक्ट्रोड नहीं है। D गलत है क्योंकि ध्रुवता मनमाने ढंग से नहीं चुनी जा सकती: उसे उलट देने पर वस्तु पर धातु जमने के स्थान पर उससे धातु हटने लगेगी, और वास्तव में विद्युत पॉलिशिंग तथा ऐनोडीकरण इसी सिद्धांत पर कार्य करते हैं।

सही उत्तर C, क्लोरीन है। क्लोर-अल्कली प्रक्रम में सोडियम क्लोराइड के सांद्र विलयन का विद्युत अपघटन किया जाता है; एनोड पर क्लोराइड आयन ऑक्सीकृत होकर क्लोरीन गैस के रूप में निकलते हैं, कैथोड पर हाइड्रोजन मुक्त होती है, और विलयन में सोडियम हाइड्रॉक्साइड बचा रहता है, इसी कारण यह उद्योग एक साथ तीन उपयोगी उत्पाद देता है। A गलत है क्योंकि हाइड्रोजन कैथोड पर मिलती है, एनोड पर नहीं। B गलत है क्योंकि ऑक्सीजन तब एनोड उत्पाद होती है जब जल अथवा किसी अम्ल या अत्यधिक क्रियाशील धातु के लवण के तनु विलयन का अपघटन किया जाए; सांद्र ब्राइन में जल के स्थान पर क्लोराइड आयन निस्सारित होता है। D गलत है क्योंकि विलयन में कोई कार्बोनेट अथवा कार्बन स्रोत ही नहीं होता, अतः कार्बन डाइऑक्साइड बन नहीं सकती। ब्राइन से क्लोरीन, हाइड्रोजन और कॉस्टिक सोडा की तिकड़ी स्मरण रखें।

सही उत्तर B, लेड-अम्ल सेल है। उसकी अभिक्रिया उत्क्रमणीय है, अतः विपरीत दिशा में धारा प्रवाहित करने पर उत्पाद पुनः सीसा तथा लेड डाइऑक्साइड में बदल जाते हैं और सेल दोबारा प्रयोग में आ जाता है; ऐसे सेल को द्वितीयक अथवा संचायक सेल कहते हैं और कार की बैटरी इसका सामान्य उदाहरण है। A गलत है क्योंकि लेक्लांशे प्रकार का शुष्क सेल प्राथमिक सेल है: जिंक पात्र और मैंगनीज़ डाइऑक्साइड के क्षय हो जाने पर उसे फेंक दिया जाता है, और उसे पुनः आवेशित करने के प्रयास से रिसाव हो सकता है। C गलत है क्योंकि जिंक और ताँबे के इलेक्ट्रोडों वाला डेनियल सेल प्रयोगशाला का प्रसिद्ध प्राथमिक सेल है। D गलत है क्योंकि घड़ियों में प्रयुक्त मर्करी बटन सेल भी प्राथमिक सेल है। निकेल-कैडमियम तथा लिथियम-आयन अन्य महत्वपूर्ण द्वितीयक सेल हैं।

सही उत्तर C, जिंक है। लेक्लांशे शुष्क सेल में बाहरी पात्र स्वयं जिंक का बना होता है और वही एनोड का कार्य करता है, जो सेल के चलने के साथ ऑक्सीकृत होकर जिंक आयन में बदलता जाता है, और इसी कारण पुराना सेल पात्र गल जाने पर रिसने लगता है। A गलत है क्योंकि इस सेल में ताँबे की कोई भूमिका नहीं; वह डेनियल सेल की कैथोड धातु है, जो भिन्न व्यवस्था है। B गलत है क्योंकि शुष्क सेल के मध्य की ग्रेफाइट छड़ कैथोड है, जो निष्क्रिय चालक के रूप में अपचयन अभिक्रिया से धारा बाहर ले जाती है, स्वयं भाग नहीं लेती। D गलत है क्योंकि मैंगनीज़ डाइऑक्साइड ग्रेफाइट छड़ के चारों ओर भरा विध्रुवक है: वह अपचयित होकर उस हाइड्रोजन को सोख लेता है जो अन्यथा एकत्र होकर सेल को रोक देती, परंतु वह एनोड नहीं है। अपघट्य अमोनियम क्लोराइड और जिंक क्लोराइड की नम लेई है, और सेल लगभग 1.5 वोल्ट देता है।

सही उत्तर A, तनु सल्फ्यूरिक अम्ल है। लेड-अम्ल सेल में स्पंजी सीसे की ऋण प्लेट और लेड डाइऑक्साइड की धन प्लेट तनु सल्फ्यूरिक अम्ल में डूबी रहती हैं, और निरावेशन के साथ दोनों प्लेटें लेड सल्फेट में बदलती जाती हैं तथा अम्ल दुर्बल होता जाता है, इसी कारण उसकी आवेश स्थिति अम्ल के आपेक्षिक घनत्व से जानी जाती है। B गलत है क्योंकि सांद्र नाइट्रिक अम्ल प्रबल ऑक्सीकारक है, जो अपघट्य का कार्य करने के स्थान पर सीसे की प्लेटों और पात्र को ही खा जाएगा। C गलत है क्योंकि अमोनियम क्लोराइड की नम लेई लेक्लांशे शुष्क सेल की है, जो प्राथमिक सेल है और पुनः आवेशित नहीं हो सकता। D गलत है क्योंकि पोटैशियम हाइड्रॉक्साइड निकेल-कैडमियम तथा निकेल-लोहा सेलों का क्षारीय अपघट्य है, जो द्वितीयक सेलों का भिन्न परिवार है। प्रत्येक लेड-अम्ल सेल लगभग दो वोल्ट देता है, अतः श्रेणीक्रम में छह सेल बारह वोल्ट की बैटरी बनाते हैं।

सही उत्तर B, गलित क्रायोलाइट है। शुद्ध ऐलुमिना अत्यधिक ऊँचे ताप पर पिघलता है, अतः उसे गलित क्रायोलाइट अर्थात सोडियम ऐलुमिनियम फ्लुओराइड में घोला जाता है, सामान्यतः कुछ फ्लुओरस्पार मिलाकर; इससे कार्य करने का ताप बहुत घट जाता है और पिघला मिश्रण अच्छा चालक बन जाता है। ऐलुमिनियम सेल के तल पर कार्बन से आस्तरित कैथोड पर एकत्र होता है और कार्बन एनोडों पर ऑक्सीजन मुक्त होती है, जो उन्हें धीरे-धीरे जला देती है और उन्हें बदलना पड़ता है। A गलत है क्योंकि बॉक्साइट वह अयस्क है जिससे पहले बायर प्रक्रम द्वारा ऐलुमिना शुद्ध किया जाता है; अयस्क का स्वयं विद्युत अपघटन नहीं होता। C गलत है क्योंकि गलित सोडियम क्लोराइड का अपघटन डाउन प्रक्रम में सोडियम धातु और क्लोरीन के लिए किया जाता है। D गलत है क्योंकि चूना-पत्थर लोहा बनाने की वात्या भट्टी का गालक है और इस सेल में उसकी कोई भूमिका नहीं।

सही उत्तर C, जिंक है। जस्तीकरण लोहे या स्टील पर जिंक की परत चढ़ाना है, जो सामान्यतः वस्तु को गलित जिंक में डुबोकर किया जाता है, और वह लोहे की दोहरी रक्षा करता है: परत वायु और नमी रोकती है, तथा जिंक अधिक क्रियाशील धातु होने के कारण परत खुरचने पर भी लोहे के स्थान पर स्वयं संक्षारित होता है, जिसे बलिदान रक्षा कहते हैं। A गलत है क्योंकि लोहे पर टिन की परत, जैसे खाद्य डिब्बों की चादर पर, टिनिंग कहलाती है; वह केवल तभी तक रक्षा करती है जब तक अखंड रहे, क्योंकि टिन लोहे से कम क्रियाशील है। B गलत है क्योंकि क्रोमियम का लेपन विद्युत अपघटन से होता है और नलों तथा कार के पुर्ज़ों पर मुख्यतः चमकदार और कठोर सतह के लिए किया जाता है। D गलत है क्योंकि निकेल लेपन भी विद्युत लेपन है, जो मशीन के पुर्ज़ों तथा सस्ते आभूषणों पर, प्रायः क्रोमियम के नीचे की परत के रूप में किया जाता है।

सही उत्तर B, जल है। इस सेल में एनोड पर हाइड्रोजन दी जाकर ऑक्सीकृत होती है और कैथोड पर ऑक्सीजन दी जाकर अपचयित होती है, दोनों मिलकर जल बनाते हैं, अतः गैसें मिलती रहने तक सेल विद्युत देता रहता है और कोई प्रदूषक निर्गम नहीं छोड़ता। इसी प्रकार के सेलों ने अपोलो अंतरिक्ष यान में बिजली और पीने का जल दोनों दिए, और अब ये बसों, रेलगाड़ियों तथा आपातकालीन विद्युत इकाइयों में प्रयुक्त होते हैं। A गलत है क्योंकि इस अभिक्रिया में कार्बन का प्रवेश ही नहीं होता; कार्बन डाइऑक्साइड तब बनती जब ईंधन कोई हाइड्रोकार्बन अथवा ऐल्कोहॉल होता। C गलत है क्योंकि हाइड्रोजन परॉक्साइड समग्र सेल अभिक्रिया का उत्पाद नहीं है, यद्यपि दुर्बल उत्प्रेरक पर परॉक्साइड स्पीशीज़ अवांछित मध्यवर्ती के रूप में बन सकती हैं। D गलत है क्योंकि अमोनिया में नाइट्रोजन होती है, जो यहाँ अभिकारक नहीं, यद्यपि अमोनिया का अध्ययन हाइड्रोजन ईंधन के संभावित वाहक के रूप में अलग से होता है।