அலகு 13 — வினாத்தொகுப்பு
மின்னிரசாயனம் (Electrochemistry) எனும் அலகின் எல்லா உட்தலைப்புகளையும் — மின்பகுபொருள் மின்கடத்தல், மூலர் கடத்துத்திறன், மின்வாய் அழுத்தம், நியம ஐதரசன் மின்வாய், கல்வானிக் கலம், மின்னியக்கு விசை, நேர்ன்சற் சமன்பாடு, மின்னாற்பகுப்பு, பரடேயின் விதிகள் — உள்ளடக்கிய வினாத்தொகுப்பு இது. முதல் பகுதியில் வினாத்தாள் I வகையான பல்தேர்வு வினாக்களும், இரண்டாவது பகுதியில் வினாத்தாள் II வகையான கட்டமைப்பு வினாக்களும் தரப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு வினாவையும் முழுமையாகச் சிந்தித்த பின்னரே விடையைப் பார்க்க வேண்டும்.
மின்னிரசாயன வினாக்களை ஒரே வழியில் அணுகலாம் — முதலில் கருதப்படும் அமைப்பு ஒரு கல்வானிக் கலமா (galvanic cell, இரசாயனச் சக்தியை மின்சக்தியாக மாற்றுவது, தானியல்பாக நிகழ்வது) அல்லது ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலமா (electrolytic cell, மின்சக்தியைக் கொடுத்து இரசாயனத் தாக்கத்தை நிகழ்த்துவது) என்பதைத் தீர்மானித்தல்; அடுத்து எங்கு ஒட்சியேற்றம் நிகழ்கின்றது என்பதைப் பார்த்து அதை அனோட்டாகவும், எங்கு ஒட்சிஇறக்கம் (தாழ்த்தல்) நிகழ்கின்றது என்பதைப் பார்த்து அதைக் கதோட்டாகவும் இனங்காணல்; இறுதியில் நியம மின்வாய் அழுத்தங்களை (standard electrode potentials) ஒப்பிட்டு மின்னியக்கு விசையையும் (EMF) தாக்கத்தின் தானியல்புத்தன்மையையும் (spontaneity) முடிவுசெய்தல்.
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
ஒவ்வொரு வினாவுக்கும் (1)–(5) என்னும் ஐந்து விடைகளில் சரியான ஒன்றைத் தெரிவு செய்க.
1. ஒரு மின்பகுபொருளின் (electrolyte) கரைசலினூடாக மின்னோட்டம் கடத்தப்படும்போது மின்னோட்டத்தைச் சுமந்து செல்வது எது?
(1) நகரும் அயன்கள் (2) நடுநிலை மூலக்கூறுகள் (3) புரோத்தன்கள் மட்டும் (4) நியூத்திரன்கள் (5) கரைசலிலுள்ள இலத்திரன்கள்
விடை: (1). ஒரு உலோகக் கம்பியில் மின்னோட்டத்தைச் சுமந்து செல்வது இலத்திரன்கள்; ஆனால் ஒரு மின்பகுபொருள் கரைசலில் அல்லது உருகிய மின்பகுபொருளில் மின்னோட்டத்தைச் சுமந்து செல்வது நகரும் அயன்கள் ஆகும். நேர் அயன்கள் (கற்றயன்கள்) எதிர்மின்வாயை நோக்கியும், எதிர் அயன்கள் (அனயன்கள்) நேர்மின்வாயை நோக்கியும் இடம்பெயர்வதால் மின்னோட்டம் கடத்தப்படுகின்றது. இதனால் கூடவே மின்வாய்களில் இரசாயனத் தாக்கங்களும் நிகழ்கின்றன.
2. பின்வருவனவற்றுள் ஒரு வலுவான மின்பகுபொருளுக்கு (strong electrolyte) உதாரணம் எது?
(1) அம்மோனியா (NH₃) (2) சோடியம் குளோரைடு (NaCl) (3) சீனி (sucrose) (4) தூய நீர் (5) எத்தனாயிக் அமிலம் (CH₃COOH)
விடை: (2). ஒரு வலுவான மின்பகுபொருள் நீரில் கிட்டத்தட்ட முழுமையாக அயனாகி அதிக எண்ணிக்கையான அயன்களைத் தருகின்றது; எனவே அது மின்சாரத்தை நன்கு கடத்துகின்றது. சோடியம் குளோரைடு போன்ற அயனிகச் சேர்வைகள் முழுமையாக அயனாவதால் வலுவான மின்பகுபொருள்கள். எத்தனாயிக் அமிலமும் அம்மோனியாவும் பகுதியாக மட்டுமே அயனாவதால் வலுவற்ற மின்பகுபொருள்கள்; சீனியும் தூய நீரும் அயனாகாது மின்சாரத்தைக் கடத்தாமையால் மின்பகுபொருள்கள் அல்ல.
3. ஒரு வலுவற்ற மின்பகுபொருளின் கரைசலை நீர்க்கச் செய்யும்போது அதன் மூலர் கடத்துத்திறன் (molar conductivity, Λ) கூர்மையாக அதிகரிக்கின்றது. இதற்குக் காரணம் என்ன?
(1) அயன்களின் ஏற்றம் மாறுகின்றது (2) அயன்களின் எண்ணிக்கை குறைகின்றது (3) நீர்க்கப்படுவதால் அயனாக்கத் தராதரம் (degree of ionisation) அதிகரிக்கின்றது (4) வெப்பநிலை குறைகின்றது (5) கரைப்பானின் பாகுநிலை அதிகரிக்கின்றது
விடை: (3). மூலர் கடத்துத்திறன் என்பது ஒரு மூல் மின்பகுபொருளால் தரப்படும் எல்லா அயன்களின் கடத்துத்திறன். ஒரு வலுவற்ற மின்பகுபொருள் பகுதியாக மட்டுமே அயனாகின்றது; நீர்க்கப்படும்போது சமநிலை அயனாக்கத்தின் பக்கம் நகர்வதால் அயனாக்கத் தராதரம் அதிகரித்து ஒரு மூலிலிருந்து கிடைக்கும் அயன்களின் எண்ணிக்கை அதிகரிக்கின்றது; எனவே மூலர் கடத்துத்திறன் கூர்மையாக ஏறுகின்றது. வலுவான மின்பகுபொருளில் அயன்கள் ஏற்கனவே முழுமையாக உள்ளதால் இவ்வளவு பெரிய மாற்றம் இல்லை.
4. பின்வரும் காரணிகளுள் எது ஒரு மின்பகுபொருளின் மூலர் கடத்துத்திறனை பாதிக்காது?
(1) கரைசலின் செறிவு (2) அயன்களின் இயல்பும் ஏற்றமும் (3) கரைப்பானின் இயல்பு (4) கரைசலை வைத்திருக்கும் கொள்கலனின் நிறம் (5) வெப்பநிலை
விடை: (4). மூலர் கடத்துத்திறன் வெப்பநிலை அதிகரிக்க அதிகரிக்கின்றது (அயன்களின் இயக்கம் கூடுகின்றது); செறிவைப் பொறுத்து மாறுகின்றது (வலுவற்ற மின்பகுபொருளில் நீர்க்க அதிகரிக்கின்றது); அயன்களின் ஏற்றமும் அளவும் அவற்றின் இயக்கத் திறனைத் தீர்மானிக்கின்றன; கரைப்பானின் பாகுநிலையும் பௌதிக இயல்பும் அயன் இயக்கத்தைப் பாதிக்கின்றன. ஆனால் கொள்கலனின் நிறம் என்பது மின்கடத்தலுடன் தொடர்பற்ற ஒரு பண்பாதலால் அது மூலர் கடத்துத்திறனைப் பாதிக்காது.
5. நியம ஐதரசன் மின்வாயின் (Standard Hydrogen Electrode, SHE) நியம மின்வாய் அழுத்தம் வரையறையின்படி எவ்வளவு?
(1) +0.76 V (2) +0.34 V (3) +1.00 V (4) −1.00 V (5) 0.00 V
விடை: (5). எந்த ஒரு மின்வாயின் அழுத்தத்தையும் தனித்து அளவிட முடியாது; எப்போதும் இரு மின்வாய்களின் வேறுபாட்டையே அளவிட முடியும். எனவே ஒரு குறிப்பு மின்வாய் தேவைப்படுகின்றது. நியம ஐதரசன் மின்வாயின் அழுத்தம் எல்லா வெப்பநிலையிலும் சரியாக 0.00 V எனத் தெரிவாக வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது. இது 298 K இல், 1 bar அழுத்தத்தில் ஐதரசன் வாயு, 1 mol dm⁻³ H⁺ அயன் செறிவு, பிளாற்றினம் தகடு என்னும் நியம நிலைகளில் அமைகின்றது. மற்ற எல்லா மின்வாய் அழுத்தங்களும் இதனுடன் ஒப்பிட்டே அளவிடப்படுகின்றன.
6. Zn²⁺(aq)/Zn(s) மின்வாயின் நியம தாழ்த்தல் அழுத்தம் −0.76 V; Cu²⁺(aq)/Cu(s) மின்வாயின் நியம தாழ்த்தல் அழுத்தம் +0.34 V. இவ்விரண்டையும் இணைத்துச் செய்யப்படும் கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டாகச் செயல்படுவது எது?
(1) நாகம் மின்வாய் (2) இரண்டுமே (3) எதுவுமில்லை (4) உப்புப் பாலம் (5) செப்பு மின்வாய்
விடை: (1). ஒரு கல்வானிக் கலத்தில் குறைந்த (அதிக எதிர்) தாழ்த்தல் அழுத்தமுடைய மின்வாயே எளிதாக ஒட்சியேற்றமடைகின்றது; எனவே அது அனோட்டாகச் (oxidation நிகழும் இடம்) செயல்படுகின்றது. நாகத்தின் தாழ்த்தல் அழுத்தம் (−0.76 V) செப்பின் தாழ்த்தல் அழுத்தத்தைவிடக் (+0.34 V) குறைவாதலால் நாகம் எளிதாக ஒட்சியேற்றமடைந்து Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ எனத் தாக்கமுறுகின்றது; எனவே நாகம் மின்வாயே அனோட்டு. செப்பு மின்வாயில் Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu எனத் தாழ்த்தல் நிகழ்வதால் அது கதோட்டு.
7. ஒரு கல்வானிக் கலத்தில் உப்புப் பாலத்தின் (salt bridge) பணி யாது?
(1) இரு அரைக்கலங்களின் மின்பகுபொருட்களைக் கலக்கச் செய்தல் (2) மின்சுற்றை நிறைவு செய்து இரு அரைக்கலங்களிலும் மின்நடுநிலையைப் பேணுதல் (3) கலத்தின் EMF ஐ அதிகரித்தல் (4) ஒட்சியேற்றத்தைத் தடுத்தல் (5) இலத்திரன்களைக் கடத்துதல்
விடை: (2). உப்புப் பாலம் ஒரு திரவ சந்தியை (liquid junction) உருவாக்கி, அயன்கள் ஊடாக நகர அனுமதித்து மின்சுற்றை நிறைவு செய்கின்றது. தாக்கம் நிகழும்போது அனோட்டுப் பக்கத்தில் நேர் அயன்கள் கூடி அப்பகுதி நேர் ஏற்றம் பெறவும், கதோட்டுப் பக்கத்தில் எதிர் அயன்கள் கூடவும் நேரிடும்; உப்புப் பாலம் இரு பக்கங்களுக்கும் அயன்களை வழங்கி இந்த ஏற்றக் குவிப்பைச் சமன்செய்து மின்நடுநிலையைப் பேணுகின்றது. இது இலத்திரன்களைக் கடத்துவதில்லை; இரு கரைசல்களையும் கலக்கவும் விடுவதில்லை.
8. Zn(s) | Zn²⁺(aq) ‖ Cu²⁺(aq) | Cu(s) எனும் கல நிரல் (cell notation) குறிக்கும் கல்வானிக் கலம் தொடர்பாகக் கீழ்வரும் எக்கூற்று சரியானது?
(1) கதோட்டில் ஒட்சியேற்றம் நிகழ்கின்றது (2) வலதுபக்க மின்வாய் அனோட்டு (3) இடதுபக்க மின்வாய் அனோட்டு, ஒட்சியேற்றம் அங்கு நிகழ்கின்றது (4) ‖ குறியீடு உலோகக் கம்பியைக் குறிக்கின்றது (5) இலத்திரன்கள் செப்பிலிருந்து நாகத்துக்குப் பாய்கின்றன
விடை: (3). கல நிரல் வழக்கப்படி இடதுபக்கம் அனோட்டும் (ஒட்சியேற்றம்), வலதுபக்கம் கதோட்டும் (தாழ்த்தல்) என எழுதப்படுகின்றது. ஒற்றைக் கோடு (|) ஒரு மின்வாய்/கரைசல் இடைமுகத்தையும், இரட்டைக் கோடு (‖) உப்புப் பாலத்தையும் குறிக்கின்றன. இங்கு நாகம் (இடதுபக்கம்) அனோட்டாக ஒட்சியேற்றமடைகின்றது; இலத்திரன்கள் வெளிச்சுற்றினூடாக நாகத்திலிருந்து செப்பை நோக்கிப் பாய்கின்றன; கதோட்டாகிய செப்பில் தாழ்த்தல் நிகழ்கின்றது.
9. Cu²⁺/Cu (E° = +0.34 V) மற்றும் Ag⁺/Ag (E° = +0.80 V) மின்வாய்களைக் கொண்ட கல்வானிக் கலத்தின் நியம மின்னியக்கு விசை (EMF) எவ்வளவு?
(1) −0.46 V (2) +1.26 V (3) +0.34 V (4) +0.46 V (5) +1.14 V
விடை: (4). கலத்தின் நியம மின்னியக்கு விசை E°cell = E°cathode − E°anode எனும் சூத்திரத்தால் கணிக்கப்படுகின்றது. அதிக தாழ்த்தல் அழுத்தமுடைய மின்வாயே கதோட்டு; எனவே வெள்ளி மின்வாய் (+0.80 V) கதோட்டு, செப்பு மின்வாய் (+0.34 V) அனோட்டு. E°cell = (+0.80) − (+0.34) = +0.46 V. EMF நேர்க்குறியாக இருப்பதால் இக்கலத் தாக்கம் தானியல்பாக நிகழக்கூடியது.
10. ஒரு கல்வானிக் கலத் தாக்கம் தானியல்பாக (spontaneous) நிகழுமா என்பதை எது தீர்மானிக்கின்றது?
(1) E°cell எதிராக இருத்தல் (2) E°cell சுன்னமாக இருத்தல் (3) கலத்தின் வெப்பநிலை மட்டும் (4) மின்வாய்களின் அளவு (5) E°cell இன் பெறுமானம் நேராக இருத்தல்
விடை: (5). ஒரு கலத் தாக்கத்தின் தானியல்புத்தன்மை அதன் நியம மின்னியக்கு விசையின் குறியால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. E°cell நேர்க்குறியாக (E°cell > 0) இருந்தால் அத்தாக்கம் தானியல்பாக நிகழும்; இது ΔG° = −nFE°cell எனும் தொடர்புடன் இணைகின்றது — E°cell நேராக இருந்தால் ΔG° எதிராகி தாக்கம் தானியல்பாகும். E°cell எதிராக இருந்தால் தாக்கம் தானியல்பாக நிகழாது; எதிர்த்தாக்கமே தானியல்பாகும்.
11. நேர்ன்சற் சமன்பாட்டின்படி (Nernst equation), ஒரு Cu²⁺/Cu மின்வாயில் Cu²⁺ அயன் செறிவைக் குறைத்தால் மின்வாய் அழுத்தத்துக்கு (E) என்ன நிகழும்?
(1) குறையும் (2) மாறாது (3) சுன்னமாகும் (4) குறிமாறும் (5) அதிகரிக்கும்
விடை: (1). நேர்ன்சற் சமன்பாடு E = E° − (RT/nF) ln Q எனத் தாழ்த்தல் அழுத்தம் அயன் செறிவைப் பொறுத்து எவ்வாறு மாறுகின்றது என்பதைத் தருகின்றது. தாழ்த்தல் தாக்கம் Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu இல் Cu²⁺ வினைபடி; அதன் செறிவு குறையும்போது தாழ்த்தல் சமநிலை இடதுபுறம் தள்ளப்பட்டு தாழ்த்தல் வினைச் சாத்தியம் குறைகின்றது; எனவே மின்வாய் அழுத்தம் (E) குறைகின்றது. மாறாக, Cu²⁺ செறிவை அதிகரித்தால் E அதிகரிக்கும்.
12. பின்வருவனவற்றுள் மீள்வலுவூட்டக்கூடிய ஒரு இரண்டாம்நிலை கலத்துக்கு (secondary cell) உதாரணம் எது?
(1) உலர்கலம் (dry cell) (2) ஈய-அமிலச் சேமக்கலம் (lead–acid accumulator) (3) ஐதரசன்–ஒட்சிசன் எரிபொருட் கலம் (4) டானியல் கலம் (5) செறிவுக் கலம்
விடை: (2). ஒரு முதலாம்நிலைக் கலம் (primary cell, எ.கா. உலர்கலம்) தனது இரசாயனப் பொருட்கள் தீர்ந்தபின் மீள்வலுவூட்ட முடியாது; கலத் தாக்கம் மீளாதது. ஒரு இரண்டாம்நிலைக் கலம் மின்னோட்டத்தை எதிர்த்திசையில் செலுத்திக் கலத் தாக்கத்தை மீளக் காட்டலாம்; எனவே மீள்வலுவூட்டக்கூடியது. ஈய-அமிலச் சேமக்கலம் இதற்கு ஒரு சிறந்த உதாரணம் — வாகனங்களில் பயன்படுகின்றது. எரிபொருட் கலம் வேறுபட்ட வகை; வினைபடிகள் தொடர்ந்து வழங்கப்படுகின்றன.
13. அமிலமாக்கப்பட்ட நீரின் (acidified water) மின்னாற்பகுப்பின்போது அனோட்டிலும் கதோட்டிலும் கிடைக்கும் வாயுக்கள் முறையே யாவை?
(1) கதோட்டு Cl₂, அனோட்டு H₂ (2) கதோட்டு O₂, அனோட்டு H₂ (3) கதோட்டு H₂, அனோட்டு O₂ (4) இரண்டிலும் H₂ (5) இரண்டிலும் O₂
விடை: (3). அமிலமாக்கப்பட்ட நீரில் மின்னோட்டம் செலுத்தப்படும்போது கதோட்டில் தாழ்த்தல் நிகழ்ந்து ஐதரசன் வாயு வெளியேறுகின்றது: 4H⁺(aq) + 4e⁻ → 2H₂(g). அனோட்டில் ஒட்சியேற்றம் நிகழ்ந்து ஒட்சிசன் வாயு வெளியேறுகின்றது: 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻. மொத்தத் தாக்கம் நீரின் சிதைவே; கிடைக்கும் H₂ : O₂ கனவளவு விகிதம் 2 : 1. சேர்க்கப்பட்ட H₂SO₄ அயன்களை வழங்கி மின்கடத்தலை எளிதாக்குகின்றது; ஆனால் தானே நுகரப்படுவதில்லை.
14. செப்பு மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி CuSO₄(aq) ஐ மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போது நிகழ்வது எது?
(1) கரைசலின் நிறம் விரைவாக மறைகின்றது (2) எந்த மாற்றமும் இல்லை (3) கதோட்டில் O₂ வெளியேறும் (4) அனோட்டு செப்பு கரைந்து கதோட்டில் செப்பு படிகின்றது (5) இரு மின்வாய்களிலும் வாயுக்கள் வெளியேறும்
விடை: (4). மின்வாய்களே செப்பு என்பதால் அவை தாக்கத்தில் பங்கேற்கின்றன. அனோட்டில் செப்பு உலோகம் ஒட்சியேற்றமடைந்து கரைகின்றது: Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻. கதோட்டில் கரைசலிலுள்ள Cu²⁺ அயன்கள் தாழ்த்தலடைந்து செப்பாகப் படிகின்றன: Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s). எனவே செப்பு அனோட்டிலிருந்து கதோட்டுக்கு இடம்பெயர்கின்றது; கரைசலிலுள்ள Cu²⁺ செறிவு கிட்டத்தட்ட மாறாதிருப்பதால் நீலநிறம் பேணப்படுகின்றது. செப்பு மின்முலாம் பூசலின் (electroplating) அடிப்படை இதுவே.
15. வினைபடாத (inert) பிளாற்றினம் மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி நீர்த்த CuSO₄(aq) ஐ மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போது அனோட்டில் கிடைப்பது எது?
(1) சல்பர் டையொட்சைட்டு (2) குளோரின் வாயு (3) செப்பு உலோகம் (4) ஐதரசன் வாயு (5) ஒட்சிசன் வாயு
விடை: (5). மின்வாய்கள் வினைபடாதவை என்பதால் அவை தாக்கத்தில் பங்கேற்பதில்லை. கதோட்டில் Cu²⁺ அயன்கள் தாழ்த்தலடைந்து செப்பாகப் படிகின்றன (Cu²⁺ ஐதரசனைவிட எளிதாகத் தாழ்த்தலடைகின்றது). அனோட்டில் SO₄²⁻ அயனை ஒட்சியேற்றுவது மிகக் கடினமாதலால், அதற்குப் பதிலாக நீர் ஒட்சியேற்றமடைந்து ஒட்சிசன் வாயு வெளியேறுகின்றது: 2H₂O(l) → O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻. எனவே செப்பு மின்வாயைப் பயன்படுத்துவதற்கும் வினைபடாத மின்வாயைப் பயன்படுத்துவதற்கும் அனோட்டுத் தயாரிப்பு வேறுபடுகின்றது.
16. செறிந்த NaCl(aq) ஐ வினைபடாத மின்வாய்களால் மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போது (குளோர்-காரத் தொழிற்செயல்முறை) அனோட்டிலும் கதோட்டிலும் கிடைப்பது முறையே என்ன?
(1) அனோட்டு Cl₂, கதோட்டு H₂ (2) அனோட்டு Cl₂, கதோட்டு Na (3) அனோட்டு H₂, கதோட்டு Cl₂ (4) இரண்டிலும் O₂ (5) அனோட்டு O₂, கதோட்டு H₂
விடை: (1). செறிந்த NaCl கரைசலில் அனோட்டில், செறிந்த நிலையில் Cl⁻ அயனின் அதிக செறிவு காரணமாக நீரைவிட Cl⁻ விருப்பத்துடன் ஒட்சியேற்றமடைந்து குளோரின் வாயு வெளியேறுகின்றது: 2Cl⁻(aq) → Cl₂(g) + 2e⁻. கதோட்டில் Na⁺ அயன் தாழ்த்தலடைவது மிகக் கடினமாதலால், அதற்குப் பதிலாக நீர் தாழ்த்தலடைந்து ஐதரசன் வாயு வெளியேறுகின்றது: 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq). எஞ்சும் கரைசலில் Na⁺ உம் OH⁻ உம் சேர்ந்து சோடியம் ஐதராக்சைட்டு உருவாகின்றது — இதுவே குளோர்-காரத் தொழிற்செயல்முறை.
17. உருகிய (molten) NaCl ஐ மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போது (டௌன்சு கலம், Downs cell) கதோட்டில் கிடைப்பது எது?
(1) ஐதரசன் வாயு (2) சோடியம் உலோகம் (3) ஒட்சிசன் வாயு (4) சோடியம் ஐதராக்சைட்டு (5) குளோரின் வாயு
விடை: (2). உருகிய NaCl இல் நீர் இல்லை; உள்ளவை Na⁺ அயன்களும் Cl⁻ அயன்களும் மட்டுமே. எனவே நீருடன் போட்டியின்றி, கதோட்டில் Na⁺ அயன்கள் தாழ்த்தலடைந்து திரவ சோடியம் உலோகம் கிடைக்கின்றது: Na⁺ + e⁻ → Na(l). அனோட்டில் Cl⁻ ஒட்சியேற்றமடைந்து குளோரின் வாயு வெளியேறுகின்றது: 2Cl⁻ → Cl₂(g) + 2e⁻. இவ்வாறே சோடியம் உலோகம் தொழிற்துறையில் தயாரிக்கப்படுகின்றது; நீர்க்கரைசலில் சோடியம் ஒருபோதும் கதோட்டில் கிடைப்பதில்லை, ஏனெனில் அங்கு நீர் விருப்பத்துடன் தாழ்த்தலடைகின்றது.
18. ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் ஒன்றுக்கு மேற்பட்ட அயன்கள் ஒரு மின்வாயில் வெளியேற முடியுமாயின், எந்த அயன் வெளியேறுகின்றது என்பதை முதன்மையாகத் தீர்மானிப்பது எது (தெரிவுமுறை வெளியேற்றம், selective discharge)?
(1) மின்வாய்களின் நீளம் (2) அயனின் நிறம் (3) அயனின் தாழ்த்தல்/ஒட்சியேற்ற அழுத்தம், செறிவு மற்றும் மிகைஅழுத்தம் (4) அயனின் திணிவு மட்டும் (5) கொள்கலனின் வடிவம்
விடை: (3). தெரிவுமுறை வெளியேற்றம் மூன்று காரணிகளால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றது. முதலில், நியம மின்வாய் அழுத்தம் — கதோட்டில் அதிக (அதிக நேர்) தாழ்த்தல் அழுத்தமுடைய அயனும், அனோட்டில் எளிதாக ஒட்சியேற்றமடையும் அயனும் முன்னுரிமை பெறுகின்றன. இரண்டாவது, அயன்களின் செறிவு — செறிந்த NaCl இல் Cl⁻ இன் அதிக செறிவு அதை வெளியேற்ற உதவுகின்றது. மூன்றாவது, மிகைஅழுத்தம் (overpotential) — சில வாயுக்கள் வெளியேற எதிர்பார்த்ததைவிட அதிக அழுத்தம் தேவைப்படுவதால் வெளியேற்ற வரிசை மாறலாம். எனவே அழுத்தம், செறிவு, மிகைஅழுத்தம் ஆகிய மூன்றுமே ஒன்றாகக் கருதப்படுகின்றன.
19. பரடேயின் முதலாம் விதியின்படி (Faraday's first law), ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் ஒரு மின்வாயில் வெளியேறும் பொருளின் திணிவு எதற்கு நேர்விகிதசமமாகின்றது?
(1) மின்வாய்களின் பரப்பளவுக்கு (2) கரைசலின் கனவளவுக்கு (3) மின்வாய்களுக்கு இடையான தூரத்துக்கு (4) கலத்தினூடாகச் செலுத்தப்பட்ட ஏற்றத்தின் அளவுக்கு (Q) (5) கலத்தின் வெப்பநிலைக்கு
விடை: (4). பரடேயின் முதலாம் விதி — ஒரு மின்வாயில் வெளியேறும் (அல்லது படியும்) பொருளின் திணிவு, கலத்தினூடாகச் செலுத்தப்பட்ட மின்னேற்றத்தின் அளவுக்கு (Q) நேர்விகிதசமமாகின்றது. செலுத்தப்பட்ட ஏற்றம் Q = It (I = மின்னோட்டம், t = நேரம்); செலுத்தப்படும் இலத்திரன்களின் மூல்கள் = Q ÷ F, இங்கு F ≈ 96500 C mol⁻¹ எனும் பரடே மாறிலி. அதிக ஏற்றம் செலுத்தப்படின் அதிக இலத்திரன்கள் கைமாறி அதிக பொருள் வெளியேறுகின்றது.
20. ஒரு கலத்தினூடாக 2 A மின்னோட்டம் 9650 செக்கனுக்குச் செலுத்தப்படுகின்றது. செலுத்தப்பட்ட இலத்திரன்களின் மூல்கள் எத்தனை? (F = 96500 C mol⁻¹)
(1) 0.50 mol (2) 1.00 mol (3) 2.00 mol (4) 0.10 mol (5) 0.20 mol
விடை: (5). முதலில் செலுத்தப்பட்ட ஏற்றம் Q = It = 2 A × 9650 s = 19300 C. செலுத்தப்பட்ட இலத்திரன்களின் மூல்கள் = Q ÷ F = 19300 ÷ 96500 = 0.20 mol. இது பரடேயின் விதிகளைப் பயன்படுத்தும் கணித்தல்களின் முதற்படி — செலுத்தப்பட்ட இலத்திரன் மூல்களைக் கண்டபின்னரே வெளியேறும் பொருளின் திணிவையோ வாயுவின் கனவளவையோ கணிக்கலாம்.
21. ஒரு கல்வானிக் கலத்தையும் ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தையும் ஒப்பிடும்போது கீழ்வரும் எக்கூற்று சரியானது?
(1) கல்வானிக் கலத்தில் இரசாயனச் சக்தி மின்சக்தியாகும்; மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் மின்சக்தி இரசாயனத் தாக்கத்தை இயக்குகின்றது (2) இரண்டிலும் அனோட்டு நேர்மின்வாய் (3) கல்வானிக் கலத்துக்கு வெளி மின்மூலம் தேவை (4) மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் ஒட்சியேற்றம் நிகழ்வதில்லை (5) இரண்டிலும் தாக்கம் தானியல்பாகவே நிகழ்கின்றது
விடை: (1). ஒரு கல்வானிக் கலத்தில் தானியல்பாக நிகழும் ஒரு தாக்கம் (E°cell > 0) இரசாயனச் சக்தியை மின்சக்தியாக மாற்றுகின்றது; வெளி மின்மூலம் தேவையில்லை. ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் தானியல்பாக நிகழாத ஒரு தாக்கத்தை நிகழ்த்த வெளியிலிருந்து மின்சக்தி வழங்கப்படுகின்றது. இரு வகைக் கலங்களிலும் அனோட்டில் ஒட்சியேற்றமும் கதோட்டில் தாழ்த்தலும் நிகழ்கின்றன; ஆனால் கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டு எதிர்மின்வாயாகவும், மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் அனோட்டு நேர்மின்வாயாகவும் இருக்கின்றது.
22. ஒரு செறிவுக் கலம் (concentration cell) ஒரே உலோகத்தாலான இரு மின்வாய்களைக் கொண்டிருந்தும் ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் தருகின்றது. இதற்குக் காரணம் என்ன?
(1) இரு மின்வாய்களும் வேறுபட்ட உலோகங்கள் (2) இரு அரைக்கலங்களிலும் அயன் செறிவுகள் வேறுபடுகின்றன (3) வெப்பநிலை வேறுபடுகின்றது (4) உப்புப் பாலம் இல்லாமை (5) வெளி மின்மூலம் இணைக்கப்பட்டுள்ளது
விடை: (2). ஒரு செறிவுக் கலத்தில் இரு மின்வாய்களும் ஒரே பொருளாலானவை; ஆனால் அவை மூழ்கியுள்ள கரைசல்களின் அயன் செறிவுகள் வேறுபடுகின்றன. நேர்ன்சற் சமன்பாட்டின்படி ஒரு மின்வாயின் அழுத்தம் அயன் செறிவைப் பொறுத்தது; எனவே வெவ்வேறு செறிவுள்ள இரு அரைக்கலங்கள் வெவ்வேறு அழுத்தங்களைக் கொண்டிருந்து அவற்றுக்கிடையே ஒரு அழுத்த வேறுபாட்டை — அதாவது ஒரு மின்னியக்கு விசையைத் — தருகின்றன. கலம் செயல்படும்போது இரு கரைசல்களின் செறிவுகளும் சமன்படும் திசையில் தாக்கம் நகர்கின்றது.
23. 🟢 2019/New/10 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
பின்வரும் நீர்க் கரைசல்களின் மின்கடத்துத்திறன் குறையும் வரிசை எது? [0.01 M KCl, 0.1 M KCl, 0.1 M HAc (அசற்றிக் அமிலம்)]
(1) 0.01M KCl > 0.1M HAc > 0.1M KCl > H₂O (2) 0.01M KCl > 0.1M KCl > 0.1M HAc > H₂O (3) 0.1M KCl > 0.01M KCl > 0.1M HAc > H₂O (4) 0.1M HAc > H₂O > 0.01M KCl > 0.1M KCl (5) H₂O > 0.1M HAc > 0.1M KCl > 0.01M KCl
விடை: (3). KCl ஒரு வலிமையான மின்பகுளி — முழுமையாக அயனாகும்; எனவே செறிவு கூட (0.1M) கடத்துத்திறனும் கூடும், 0.1M KCl > 0.01M KCl. HAc ஒரு மென் அமிலம் — 0.1M இல் மிகச் சொற்பமான அளவே அயனாகும் (Ka≈1.8×10⁻⁵), எனவே அதன் மெய்யான அயன் செறிவு 0.01M KCl-இன் அயன் செறிவை விடக் குறைவு. தூய நீரின் சுய-அயனாக்கம் மிகச் சொற்பம் — கடத்துத்திறன் மிகக் குறைந்தது. எனவே: 0.1M KCl > 0.01M KCl > 0.1M HAc > H₂O.
24. 🟢 1983/56 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு கலத்தின் மின்னியக்கவிசை (e.m.f) பின்வருவனவற்றில் எதைச் சார்ந்திராது?
(1) மின்பகுபொருளின் வெப்பநிலை (2) பாவிக்கப்படும் மின்பகு பொருள் (3) பயன்படுத்தப்படும் மின்வாய் (4) மின்வாய்களின் மேற்பரப்பு (5) மின்பகுபொருளின் செறிவு
விடை: (4). மின்னியக்கு விசை (emf) ஒரு தீவிரப் பண்பு (intensive property) — மின்வாய்களின் மேற்பரப்பு அல்லது பருமனைச் சாராது. மின்வாய் பொருள், மின்பகுபொருள், அதன் செறிவு, வெப்பநிலை ஆகியன அனைத்துமே emf-ஐப் பாதிக்கின்றன (நேர்ன்சற் சமன்பாட்டின்படி).
25. 🟢 2019/P1/Q15 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
மின்னிரசாயனக் கலம் Mn(s)|Mn²⁺(aq)||Br⁻(aq)|Br₂(g)|Pt(s) இன் நியம மின்னியக்க விசை 2.27 V ஆகும். Br₂(g)|Br⁻(aq) இன் நியமத் தாழ்த்தல் அழுத்தம் 1.09 V ஆகும். Mn²⁺(aq)|Mn(s) இன் நியமத் தாழ்த்தல் அழுத்தம்:
(1) 0.59 V (2) 1.18 V (3) 3.36 V (4) −3.36 V (5) −1.18 V
விடை: (5) −1.18 V. கலக் குறியீட்டில் இடதுபுறம் (Mn) எதிர்மின்வாய், வலதுபுறம் (Br₂/Br⁻) நேர்மின்வாய். E°cell = E°cathode − E°anode ⟹ 2.27 = 1.09 − E°(Mn²⁺/Mn) ⟹ E°(Mn²⁺/Mn) = 1.09 − 2.27 = −1.18 V.
26. 🟢 2019/P1/Q39 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு மென்னமிலத்தின் ஒரு நீர்க் கரைசல் தொடர்பாகப் பின்வரும் எக்கூற்று/கூற்றுகள் சரியானது/சரியானவை?
(a) மென்னமிலத்தின் செறிவு குறையும்போது கரைசலின் கடத்துதிறன் அதிகரிக்கின்றது.
(b) வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது கரைசலின் கடத்துதிறன் அதிகரிக்கின்றது.
(c) கரைசலுடன் மேலதிக நீரைச் சேர்க்கும்போது கரைசலின் கடத்துதிறன் குறைகின்றபோதிலும் மென்னமிலத்தின் கூட்டப்பிரிகையடைந்த பின்னம் அதிகரிக்கின்றது.
(d) மென்னமிலக் கரைசலில் NaCl(s) ஐக் கரைக்கும்போது கடத்துதிறன் குறைகின்றது.
(1) (a),(b) மாத்திரம் திருத்தமானவை (2) (b),(c) மாத்திரம் திருத்தமானவை (3) (c),(d) மாத்திரம் திருத்தமானவை (4) (d),(a) மாத்திரம் திருத்தமானவை (5) வேறு தெரிவுகளின் எண்ணோ சேர்மானங்களோ திருத்தமானவை
விடை: (2). (a) தவறு — இது (c) இன் நுணுக்கமான, சரியான கூற்றுடன் நேரடியாக முரண்படும் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட/தவறான கூற்று: செறிவு குறையும்போது (நீர்த்தாக்கம்) கரைசலின் மொத்த (specific) கடத்துதிறன் உண்மையில் குறையும் (ஒரு கன அளவில் உள்ள மொத்த அயன்களின் எண்ணிக்கை குறைவதால்), அதிகரிக்காது. (b) சரி — வெப்பநிலை கூட, அயன் இயக்கத்திறனும் (mobility) பொதுவாகக் கூட்டப்பிரிகையும் அதிகரிப்பதால் கடத்துதிறன் அதிகரிக்கின்றது. (c) சரி — இதுவே சரியான நுணுக்கமான புரிதல்: நீர்த்தாக்கும்போது ஒரு கன அளவில் உள்ள மொத்த அயன் எண்ணிக்கை குறைவதால் கடத்துதிறன் குறைந்தாலும், ஒஸ்வால்டின் நீர்த்தாக்க விதிப்படி மென்னமிலத்தின் கூட்டப்பிரிகையடைந்த பின்னம் (α) அதிகரிக்கின்றது — இரண்டும் ஒரே நேரத்தில் உண்மையாக இருக்கக்கூடும். (d) தவறு — NaCl ஒரு வலிமையான மின்பகுளி; அதைச் சேர்ப்பது கூடுதல் Na⁺, Cl⁻ அயன்களைச் சேர்த்து கடத்துதிறனை அதிகரிக்கச் செய்யும், குறைக்காது. இதன்படி (b),(c) மாத்திரம் சரி = (2).
28. 🟢 2022(2023)/P1/Q19 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு கல்வானிக் கலம் தொடர்பாகப் பின்வரும் எக்கூற்று பிழையானது?
(1) கதோட்டு மறையேற்றமுள்ளது. (2) தாழ்த்தல் அரைத்தாக்கம் கதோட்டில் நடைபெறுகின்றது. (3) ஒட்சியேற்ற அரைத்தாக்கம் அனோட்டில் நடைபெறுகின்றது. (4) கலத் தாக்கம் சுய தாக்கமாகும். (5) கலம் மின் சக்தியை உற்பத்தி செய்கின்றது.
விடை: (1). ஒரு கல்வானிக் கலத்தில் கதோட்டு உண்மையில் நேரேற்றமுள்ளது (positively charged) — தாழ்த்தல் (reduction) கதோட்டில் நிகழ்கிறது, வெளிச் சுற்றிலிருந்து இலத்திரன்கள் கதோட்டிற்குள் பாய்கின்றன, இது கதோட்டை நேர் முனையமாக்குகின்றது; அனோட்டே மறையேற்றமுள்ளது (negatively charged, ஒட்சியேற்றம் அங்கு நடைபெறுவதால் இலத்திரன்கள் அதிலிருந்து வெளியேறுகின்றன). (குறிப்பு: மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் இது தலைகீழாக இருக்கும் — அங்கு கதோட்டு மறையேற்றமுள்ளது; இக்கேள்வி கல்வானிக் கலம் பற்றியது என்பதைக் கவனிக்கவும்). மற்றவை அனைத்தும் சரி: (1) கல்வானிக் கலங்கள் வரையறையாகவே சுய (spontaneous) தாக்கங்களை நடத்துகின்றன. (2) கல்வானிக் கலத்தின் அடிப்படைப் பணியே வேதித் தாக்கத்தை மின் சக்தியாக மாற்றுவதாகும். (4),(5) தாழ்த்தல் கதோட்டிலும் ஒட்சியேற்றம் அனோட்டிலும் நடைபெறுதல் என்பது எல்லாக் மின்வேதியியல் கலங்களுக்கும் (கல்வானிக் மற்றும் மின்னாற்பகுப்பு இரண்டிற்கும்) பொதுவான உலகளாவிய வரையறை.
29. 🟢 2022(2023)/P1/Q28 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25 °C வெப்பநிலையில் ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தில் நடைபெறும் தாக்கம் 2H₂O₂(aq) → 2H₂O(l) + O₂(g) இன் E°cell ஆனது +0.55 V ஆக இருக்கும். அதேவேளை இச்செயன்முறையின் அரைத்தாக்கங்கள்: O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e⁻ → 2H₂O(l) ……(1), E°₁ = 1.23 V; O₂(g) + 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂O₂(aq) ……(2), E°₂ = ?. தாக்கம் (2) இன் நியமத் தாழ்த்தல் அழுத்தம் E°₂ ஆனது
(1) 0.00 V (2) +0.68 V (3) +1.78 V (4) −1.78 V (5) −0.68 V
விடை: (2). 2H₂O₂→2H₂O+O₂ ஆனது H₂O₂ இன் ஒரு விகிதவேறு தாக்கமாகும் (disproportionation) — ஒரு H₂O₂ தாழ்த்தப்பட்டு H₂O ஆகும்போது (இது தாக்கம் (1) இன் ஒரு பகுதியாகும்), மற்றொரு H₂O₂ ஒட்சியேற்றமடைந்து O₂ ஆகும் (இது தாக்கம் (2) இன் தலைகீழாகும்). குறிப்பாக: கதோடு = தாக்கம் (1) (O₂+4H⁺+4e⁻→2H₂O, E°₁=1.23V, ஒரு H₂O₂ ஐ ஒட்சியேற்றி O₂ ஐத் தந்து அதை மீண்டும் H₂O ஆகத் தாழ்த்துதல்); அனோடு = 2×[தாக்கம் (2) இன் தலைகீழ்] (2H₂O₂→2O₂+4H⁺+4e⁻, E° பெறுமானமாக E°₂ ஐயே பயன்படுத்துதல்). கூட்டுத் தொகை: O₂+4H⁺+4e⁻+2H₂O₂ → 2H₂O+2O₂+4H⁺+4e⁻ ⟹ (எளிமைப்படுத்தியபின்) 2H₂O₂→2H₂O+O₂ ✓ — சரியான இலக்குத் தாக்கத்தையே தருகின்றது. E°cell = E°கதோடு − E°அனோடு = E°₁ − E°₂ (E° ஒரு தீவிரமளவு (intensive) அளவையாதலால், தாக்கம் (2) 2 ஆல் பெருக்கப்பட்டாலும் E°₂ இன் பெறுமானமே பயன்படுத்தப்படும், மின்னணுக்களின் எண்ணிக்கை வேறுபாட்டைப் பொருட்படுத்தத் தேவையில்லை). 0.55 = 1.23 − E°₂ ⟹ E°₂ = 1.23 − 0.55 = +0.68 V.
30. 🟢 2022(2023)/P1/Q43 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (கூற்று-காரண வடிவம்)
கூற்று 1: தாக்கம் Cl₂(g) + 2I⁻(aq) → 2Cl⁻(aq) + I₂(s) ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தை மின்னினைப் பிறப்பிக்கப் பயன்படுத்தலாம்.
கூற்று 2: Cl₂(g) ஆனது I₂(s) ஐ விடவும் வலிமையான ஒரு தாழ்த்தும் கருவியாகும்.
(1) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது (2) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது (3) கூற்று 1 உண்மை, கூற்று 2 பொய் (4) கூற்று 1 பொய், கூற்று 2 உண்மை (5) இரண்டும் பொய்
விடை: (3). கூற்று 1 உண்மை — நியம தாழ்த்தல் அழுத்தங்கள்: Cl₂/Cl⁻ E°=+1.36V, I₂/I⁻ E°=+0.54V — Cl₂ ஆனது I⁻ ஐ ஒட்சியேற்றி I₂ ஆக்கும் தாக்கம் தன்னியல்பானது (E°cell=1.36−0.54=+0.82V>0), எனவே இத்தாக்கத்தை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒரு கல்வானிக் கலத்தை அமைத்து மின் சக்தி பிறப்பிக்கலாம். கூற்று 2 பொய் — "தாழ்த்தும் கருவி" (reducing agent) என்பது தானே ஒட்சியேற்றமடைந்து (இலத்திரன்களை இழந்து) மற்றவற்றைத் தாழ்த்தும் ஒரு பொருள்; Cl₂ (E°=+1.36V, மிக உயர்ந்த தாழ்த்தல் அழுத்தம்) இலத்திரன்களை எளிதில் இழக்காது — மாறாக, Cl₂ ஆனது I₂ (E°=+0.54V) ஐ விடவும் வலிமையான ஒட்சியேற்றுங் கருவி (இலத்திரன்களை எளிதில் ஏற்கும் திறன் கூடியது), தாழ்த்தும் கருவி அல்ல — இக்கூற்று சொல் தலைகீழாக்கப்பட்டுள்ளது.
31. 🟢 2023(2024)/P1/Q28 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
298 K இல் பின்வரும் அரைத் தாக்கங்களைக் கருதுக். Mg²⁺(aq)+2e→Mg(s), E°=−2.37V. Cr³⁺(aq)+3e→Cr(s), E°=−0.74V. மேற்குறித்த மின்வாய்களினால் உண்டாக்கப்படும் ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தின் ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கத்தையும் மின்னியக்க விசை (E°cell) ஐயும் பின்வரும் எது தருகின்றது?
(1) 3Mg²⁺+2Cr³⁺→3Mg+2Cr, E°cell=1.63V (2) 3Mg²⁺+2Cr→3Mg+2Cr³⁺, E°cell=1.63V (3) 3Mg²⁺+2Cr→3Mg+2Cr³⁺, E°cell=5.63V (4) 2Cr³⁺+3Mg→2Cr+3Mg²⁺, E°cell=1.63V (5) 2Cr³⁺+3Mg→2Cr+3Mg²⁺, E°cell=5.63V
விடை: (4). Cr³⁺/Cr (E°=−0.74V) ஆனது Mg²⁺/Mg (E°=−2.37V) ஐ விட அதிக (குறைவான எதிர்மறை) E° கொண்டுள்ளது — எனவே Cr³⁺ எளிதில் ஒடுக்கமடையும் (கதோட்டு), Mg ஆனது ஒட்சியேற்றமடையும் (அனோட்டு). E°cell = E°கதோட் − E°அனோட் = −0.74−(−2.37) = +1.63V. இலத்திரன்களைச் சமன்செய்ய (Cr:3e, Mg:2e, LCM=6): 2×[Cr³⁺+3e→Cr] உம் 3×[Mg→Mg²⁺+2e] உம் கூட்டி: 2Cr³⁺(aq)+3Mg(s)→2Cr(s)+3Mg²⁺(aq), E°cell=+1.63V (E° மோலார் விகிதத்தால் மாறாது) — (5) உடன் பொருந்துகின்றது.
32. 🟢 2023(2024)/P1/Q46 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (கூற்று-காரண வடிவம்)
கூற்று 1: ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தில் குறைந்த தாழ்த்தல் அழுத்தத்தைக் கொண்ட மின்வாய் அனோட்டாகத் தொழிற்படுகின்றது.
கூற்று 2: ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தில் ஒப்பீட்டளவில் குறைந்த தாழ்த்தல் அழுத்தத்தைக் கொண்ட மின்வாயிலிருந்து இலத்திரன்கள் எளிதாக விடுவிக்கப்படலாம்.
(1) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது (2) கூற்று 1 உண்மை, கூற்று 2 பொய் (3) கூற்று 1 பொய், கூற்று 2 உண்மை (4) இரண்டும் பொய் (5) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது
விடை: (5). கூற்று 1 உண்மை — குறைவான (மேலும் எதிர்மறையான) E° கொண்ட மின்வாய் மிக எளிதில் ஒட்சியேற்றமடையும் — எனவே அது அனோட்டாக (ஒட்சியேற்ற மின்வாய்) தொழிற்படுகின்றது (அதிக E° கொண்ட மின்வாய் தாழ்த்தப்பட்டு கதோட்டாக தொழிற்படும்). கூற்று 2 உம் உண்மை — குறைந்த தாழ்த்தல் அழுத்தம் என்பது அம்மின்வாய் ஒரு பலவீனமான ஒட்சியேற்றும் காரணி/வலிமையான தாழ்த்தும் காரணி என்பதைக் குறிக்கும் — அதாவது அதிலிருந்து இலத்திரன்களை எளிதாக இழக்க முடியும் (விடுவிக்க முடியும்). கூற்று 2 ஆனது கூற்று 1 ஐ நேரடியாக விளக்குகின்றது — குறைந்த தாழ்த்தல் அழுத்தம் கொண்ட மின்வாய் அனோட்டாகத் தொழிற்படுவதற்கான நேரடிக் காரணமே, அதிலிருந்து இலத்திரன்கள் எளிதாக விடுவிக்கப்படுதலேயாகும் (எளிதாக ஒட்சியேற்றமடைதல்). எனவே இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது = (1).
33. 🟢 2024/P1/Q15 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
ஐதான H₂SO₄(aq) இன் முன்னிலையில் H₂O₂(l) உடன் KMnO₄(aq) இன் தாக்கத்தைக் கருதுக. தாக்கத்தின் இரசாயனச் சமன்பாடு மிகச் சிறிய முழு எண் குணகங்களுடன் சமன்படுத்தப்படும்போது MnO₄⁻(aq), H₂O₂(l), H⁺(aq) ஆகியவற்றின் சரியான குணகங்கள்
MnO₄⁻(aq) H₂O₂(l) H⁺(aq)
(1) 2 3 10 (2) 2 4 6 (3) 2 5 6 (4) 2 5 8 (5) 2 5 16
விடை: (3) 2, 5, 6. இத்தாக்கத்தில் H₂O₂ ஒரு தாழ்த்தும் காரணியாக (H₂O₂→O₂+2H⁺+2e⁻ ஆக ஒட்சியேற்றமடைந்து) தொழிற்படுகின்றது; MnO₄⁻ ஒரு ஒட்சியேற்றும் காரணியாக (Mn²⁺ ஆகத் தாழ்த்தப்பட்டு) தொழிற்படுகின்றது.
தாழ்த்தல் அரைத்தாக்கம்: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O.
ஒட்சியேற்ற அரைத்தாக்கம்: H₂O₂ → O₂ + 2H⁺ + 2e⁻.
இலத்திரன்களைச் சமன்செய்ய: தாழ்த்தல் அரைத்தாக்கத்தை ×2, ஒட்சியேற்ற அரைத்தாக்கத்தை ×5:
2MnO₄⁻ + 16H⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺ + 8H₂O
5H₂O₂ → 5O₂ + 10H⁺ + 10e⁻
கூட்டி, பொதுவான H⁺ ஐ இரு பக்கங்களிலும் எளிமையாக்க (16H⁺ − 10H⁺ = 6H⁺ மட்டும் மீதம்):
2MnO₄⁻ + 6H⁺ + 5H₂O₂ → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5O₂.
எனவே MnO₄⁻=2, H₂O₂=5, H⁺=6 — (3).
34. 🟢 2024/P1/Q25 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
வெப்பநிலை 298 K இல் தொழிற்படும் கீழே தரப்பட்டுள்ள மின்னிரசாயனக் கலத்தைக் கருதுக: Zn(s) | Zn²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) ‖ Fe²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³), Fe³⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) | Pt(s). E°Zn²⁺(aq)/Zn(s) = −0.76 V; E°Fe³⁺(aq)/Fe²⁺(aq) = +0.77 V. பின்வரும் எது சரியான ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கத்தையும் E°cell ஐயும் தருகின்றது?
கலத் தாக்கம் E°cell /(V)
(1) Zn(s) + 2Fe³⁺(aq) → 2Fe²⁺(aq) + Zn²⁺(aq) 1.53
(2) Zn(s) + 2Fe³⁺(aq) → 2Fe²⁺(aq) + Zn²⁺(aq) −1.53
(3) Zn(s) + 2Fe³⁺(aq) → 2Fe²⁺(aq) + Zn²⁺(aq) 0.01
(4) Zn²⁺(aq) + 2Fe²⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + Zn(s) −1.53
(5) Zn²⁺(aq) + 2Fe²⁺(aq) → 2Fe³⁺(aq) + Zn(s) −0.01
விடை: (1). கல நிரல் (cell notation) மரபுப்படி, இடதுபுறம் எப்போதும் அனோட்டு (ஒட்சியேற்றம்), வலதுபுறம் எப்போதும் கதோட்டு (ஒடுக்கம்). இங்கு இடதுபுறம் Zn — எனவே Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது: Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻ (அனோட்டு). வலதுபுறம் Fe²⁺/Fe³⁺ (Pt மின்வாய், மந்த மின்கடத்தி) — எனவே Fe³⁺ ஒடுக்கமடைகின்றது: Fe³⁺(aq) + e⁻ → Fe²⁺(aq) (கதோட்டு).
இலத்திரன்களைச் சமன்செய்ய கதோட் அரைத்தாக்கத்தை ×2: 2Fe³⁺(aq) + 2e⁻ → 2Fe²⁺(aq). கூட்டி: Zn(s) + 2Fe³⁺(aq) → 2Fe²⁺(aq) + Zn²⁺(aq) — இது (1),(2),(3) இற்குப் பொருந்துகின்றது; (4),(5) தலைகீழான, தவறான தாக்கத்தைக் காட்டுகின்றன.
E°cell = E°கதோட் − E°அனோட் = E°(Fe³⁺/Fe²⁺) − E°(Zn²⁺/Zn) = 0.77 − (−0.76) = 0.77 + 0.76 = +1.53 V. எனவே சரியான தாக்கமும் E°cell உம் இணைந்து (1) ஐத் தருகின்றன.
35. 🟢 2024/P1/Q38 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
பின்வரும் கலங்களைக் கருதுக:
A : Zn(s) | Zn²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) ¦ Cu²⁺(aq, 1.00 mol dm⁻³) | Cu(s)
B : Zn(s) | Zn²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) ‖ Cu²⁺(aq, 1.00 mol dm⁻³) | Cu(s)
(a) A, B ஆகிய இரண்டிலும் அயன் இடம்பெயர்வு (அயன் குடியேற்றம்) நடைபெறும்.
(b) A, B ஆகிய இரண்டிலும் மின்பகுபொருள்கள் கலப்பது தடுக்கப்பட்டுள்ளது.
(c) B இல் மாத்திரம் அயன் இடம்பெயர்வு நடைபெறும்.
(d) B இல் மாத்திரம் மின்பகுபொருள்கள் கலப்பது தடுக்கப்பட்டுள்ளது.
விடை: (1) — (a),(b) சரி. A ஆனது ஓர் ஒற்றைக் கோட்டு (¦) சந்தியைக் (ஓர் நுண்துளையிட்ட தடுப்பு/frit வகைச் சந்தி) கொண்டுள்ளது; B ஆனது வழமையான உப்புப் பாலத்தை (‖) கொண்டுள்ளது. இவ்வலகின் அடிப்படைக் கொள்கையின்படி (உப்புப் பாலம் பற்றிய வினா 7 பார்க்க), இரண்டு வகைச் சந்திகளுமே — நுண்துளையிட்ட தடுப்பும் உப்புப் பாலமும் — மின்சுற்றை நிறைவுசெய்ய அயன் இடம்பெயர்வை அனுமதிக்கும் அதேவேளையில், இரு அரைக்கல மின்பகு கரைசல்களும் பேரளவில் கலவாமல் தடுக்குமாறே வடிவமைக்கப்பட்டவை (நேரடித் தொடர்பு/சுதந்திரமான கலப்பு அல்ல, மாறாக மெதுவான, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட அயன் பரவல் மாத்திரம்).
(a) சரி — A, B ஆகிய இரண்டிலும், தாக்கம் தொடர்வதற்கு மின்நடுநிலையைப் பேண அயன் இடம்பெயர்வு அவசியம்.
(b) சரி — A, B ஆகிய இரண்டு சந்தி வகைகளுமே (நுண்துளையிட்ட தடுப்பு, உப்புப் பாலம்) இரு கரைசல்களும் பேரளவில் கலவாமல் தடுக்கின்றன.
(c) தவறு — அயன் இடம்பெயர்வு B இல் மாத்திரமன்றி A இலும் நடைபெறும்.
(d) தவறு — கலப்புத் தடுப்பு B இல் மாத்திரமன்றி A இலும் நிகழும்.
சரியானவை (a),(b) — இது அட்டவணையில் (1) உடன் பொருந்துகின்றது.
36. 🟢 2024/P1/Q46 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (கூற்று-காரண வடிவம்)
கூற்று 1: Ag⁺(aq)/Ag(s), Cu²⁺(aq)/Cu(s) மின்வாய்களினால் உருவாக்கப்படும் ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தில் Cu இலிருந்து Ag இற்கு இலத்திரன்கள் பாய்கின்றன. (E°Cu²⁺(aq)/Cu(s) = 0.34 V, E°Ag⁺(aq)/Ag(s) = 0.80 V)
கூற்று 2: மின்னிரசாயனக் கலம் Cu(s) | Cu²⁺(aq, 1 M) ‖ Ag⁺(aq, 1 M) | Ag(s) இல் Cu²⁺(aq)/Cu(s) மின்வாய் கதோட்டாகும்.
(1) கூற்று 1 உண்மை, கூற்று 2 பொய் (2) கூற்று 1 பொய், கூற்று 2 உண்மை (3) இரண்டும் பொய் (4) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது (5) இரண்டும் உண்மை, கூற்று 2 கூற்று 1 இற்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது
விடை: (1) — கூற்று 1 உண்மை, கூற்று 2 பொய். கூற்று 1 உண்மை — Ag⁺/Ag இன் தரப்படுத்தப்பட்ட குறுக்கல் மின்னழுத்தமானது (0.80 V) Cu²⁺/Cu இலும் (0.34 V) மிக அதிகமானது என்பதால், Ag⁺ ஆனது குறைக்கப்பட்டு (கதோட், Ag⁺ + e⁻ → Ag) Cu ஆனது ஒட்சியேற்றமடைந்து (ஆனோட், Cu → Cu²⁺ + 2e⁻) தாக்கமுறும். எனவே வெளிச்சுற்று வழியாக இலத்திரன்கள் ஆனோட்டிலிருந்து (Cu) கதோட்டுக்கு (Ag) பாய்கின்றன — உண்மையே.
கூற்று 2 பொய் — கலக் குறியீட்டு மரபின்படி (Cu(s)|Cu²⁺(aq)‖Ag⁺(aq)|Ag(s)) இடதுபுறம் ஆனோடும் வலதுபுறம் கதோடும் எழுதப்படும். எனவே Cu²⁺(aq)/Cu(s) மின்வாய் (இடதுபுறம்) ஆனோடே தவிர கதோடு அல்ல — கதோடாக இருப்பது Ag⁺(aq)/Ag(s) மின்வாயே (இது கூற்று 1 இன் தரப்படுத்தப்பட்ட மின்னழுத்த ஒப்பீட்டுடனும் பொருந்துகின்றது). எனவே கூற்று 1 உண்மை, கூற்று 2 பொய் = (3).
37. 🟢 2025/P1/Q22 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25°C இல் Ni(s) | Ni²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) ‖ Cu²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) | Cu(s) என்னும் கல்வானிக் கலத்தின் மின்வாய்கள் தொடுக்கப்பட்டதும் அதன் E°cell ஐயும் இலத்திரன் பாய்ச்சலையும் பற்றிய பின்வரும் எக்கூற்று சரியானது? 25°C இல், E°Cu²⁺/Cu = 0.34 V உம் E°Ni²⁺/Ni = −0.24 V உம் ஆகும்.
(1) இலத்திரன் பாய்ச்சல் Cu-மின்வாயிலிருந்து Ni-மின்வாய்க்கு நடைபெறும், அதேவேளை E°cell = 0.10 V (2) இலத்திரன் பாய்ச்சல் Ni-மின்வாயிலிருந்து Cu-மின்வாய்க்கு நடைபெறும், அதேவேளை E°cell = 0.58 V
(3) இலத்திரன் பாய்ச்சல் Ni-மின்வாயிலிருந்து Cu-மின்வாய்க்கு நடைபெறும், அதேவேளை E°cell = −0.58 V
(4) இலத்திரன் பாய்ச்சல் Ni-மின்வாயிலிருந்து Cu-மின்வாய்க்கு நடைபெறும், அதேவேளை E°cell = 0.10 V
(5) இலத்திரன் பாய்ச்சல் Cu-மின்வாயிலிருந்து Ni-மின்வாய்க்கு நடைபெறும், அதேவேளை E°cell = 0.58 V
விடை: (2). கலக் குறியீட்டு மரபின்படி (Ni(s)|Ni²⁺(aq)‖Cu²⁺(aq)|Cu(s)), இடதுபுறம் ஆனோடு (ஒட்சியேற்றம்: Ni → Ni²⁺+2e⁻), வலதுபுறம் கதோடு (குறைத்தல்: Cu²⁺+2e⁻ → Cu).
வெளிச்சுற்று வழியாக இலத்திரன்கள் எப்போதும் ஆனோட்டிலிருந்து கதோட்டுக்கு பாய்கின்றன — அதாவது Ni மின்வாயிலிருந்து Cu மின்வாய்க்கு.
E°cell = E°கதோடு − E°ஆனோடு = E°Cu²⁺/Cu − E°Ni²⁺/Ni = 0.34 − (−0.24) = 0.58 V.
எனவே இலத்திரன் பாய்ச்சல் Ni-மின்வாயிலிருந்து Cu-மின்வாய்க்கு, E°cell=0.58V — விருப்பம் (1).
38. 🟢 2025/P1/Q25 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25°C இல் ஒரு மின்னிரசாயனக் கலம் பற்றிய பின்வரும் தகவல்களைக் கருதுக:
அரைத்தாக்கம் Br₂(l)+2e ⇌ 2Br⁻(aq), E° = 1.065 V
அரைத்தாக்கம் BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq)+5e ⇌ ½Br₂(l)+3H₂O(l), E° = 1.520 V
பின்வரும் எது ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கம், அதற்குரிய E°cell, இடமாற்றப்படும் இலத்திரன்களின் எண்ணிக்கை ஆகியவற்றைச் சரியாகக் காட்டுகின்றது?
(1) 5Br⁻(aq)+BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq) ⇌ 3Br₂(l)+3H₂O(l), E°=0.460, e⁻=10
(2) 3Br₂(l)+3H₂O(l) ⇌ 5Br⁻(aq)+BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq), E°=−0.920, e⁻=10
(3) 5Br⁻(aq)+BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq) ⇌ 3Br₂(l)+3H₂O(l), E°=0.460, e⁻=5 (4) 3Br₂(l)+3H₂O(l) ⇌ 5Br⁻(aq)+BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq), E°=−0.460, e⁻=5
(5) 6Br₂(l)+6H₂O(l) ⇌ 10Br⁻(aq)+2BrO₃⁻(aq)+12H⁺(aq), E°=0.920, e⁻=10
விடை: (3). E°(BrO₃⁻/Br₂)=1.520V > E°(Br₂/Br⁻)=1.065V என்பதால், BrO₃⁻/Br₂ இணை குறைக்கப்படும் (கதோடு), Br₂/Br⁻ இணை தலைகீழாக ஒட்சியேற்றமடையும் (ஆனோடு, Br⁻→Br₂).
பொது இலத்திரன் எண்ணிக்கைக்கு (10) சீரமைத்தல்: Br₂/Br⁻ ஐ ×5 (10Br⁻→5Br₂+10e); BrO₃⁻/Br₂ ஐ ×2 (2BrO₃⁻+12H⁺+10e→Br₂+6H₂O).
கூட்டி: 2BrO₃⁻+12H⁺+10Br⁻ → Br₂+6H₂O+5Br₂ = 6Br₂+6H₂O. இதை 2 ஆல் வகுத்து எளிமையாக்க:
BrO₃⁻(aq)+6H⁺(aq)+5Br⁻(aq) → 3Br₂(l)+3H₂O(l), இதில் 5 இலத்திரன்கள் இடமாற்றப்படுகின்றன (பொது 10 ஐ 2 ஆல் வகுத்ததால்).
E°cell = E°கதோடு − E°ஆனோடு = 1.520 − 1.065 = 0.460 V (நேர்மறை, தானாக நடைபெறும் தாக்கம்).
இச்சமன்பாடு, E° மற்றும் இலத்திரன் எண்ணிக்கை மூன்றும் சரியாகப் பொருந்துவது (5) ஆகும்.
39. 🟢 2025/P1/Q26 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
பின்வரும் தாழ்த்தேற்றுச் (Redox) சோடிகள் அவற்றின் தாழ்த்தல் அமுக்கங்களின் குறையும் வரிசையில் தரப்பட்டுள்ளன:
O₂(g)/H₂O(l), Br₂(l)/Br⁻(aq), I₂(s)/I⁻(aq), H⁺(aq)/H₂(g), Cd²⁺(aq)/Cd(s), Fe²⁺(aq)/Fe(s), Zn²⁺(aq)/Zn(s), Al³⁺(aq)/Al(s)
பின்வரும் எத்தாக்கம் மின்னிரசாயனக் கலத்தில் சுயமாக நடைபெறுவதில்லை?
(1) 2Al(s)+3Br₂(l) → 2Al³⁺(aq)+6Br⁻(aq)
(2) 2H₂(g)+O₂(g) → 2H₂O(l)
(3) H₂(g)+I₂(g) → 2H⁺(aq)+2I⁻(aq)
(4) 2Al³⁺(aq)+3Fe(s) → 2Al(s)+3Fe²⁺(aq) (5) Zn(s)+Cd²⁺(aq) → Cd(s)+Zn²⁺(aq)
விடை: (4). ஒரு தாக்கம் தானாக நடைபெறுவதற்கு, குறைக்கப்படும் இனத்தின் இணை (higher/முந்தைய இடத்தில் பட்டியலிடப்பட்டது) அதிக தாழ்த்தல் அமுக்கத்தையும், ஒட்சியேற்றமடையும் இனத்தின் இணை குறைந்த தாழ்த்தல் அமுக்கத்தையும் (பட்டியலில் பின்னால்) கொண்டிருக்க வேண்டும்.
(1) சுயமாக நடைபெறும் — Cd²⁺/Cd (பட்டியலில் முந்தையது, அதிக அமுக்கம்) Zn ஐ (பின்னது) ஒட்சியேற்றும்.
(2) சுயமாக நடைபெறும் — Br₂ (மிக முந்தையது) Al ஐ (மிகப் பின்னது) ஒட்சியேற்றும்.
(3) சுயமாக நடைபெறும் — O₂ (பட்டியலின் தலைமை) H₂ ஐ ஒட்சியேற்றும்.
(4) சுயமாக நடைபெறும் — I₂/I⁻ (H⁺/H₂ ஐ விட முந்தையது, அதிக அமுக்கம்) H₂ ஐ ஒட்சியேற்றும்.
(5) சுயமாக நடைபெறாது — இங்கு Al³⁺ குறைக்கப்பட வேண்டும் (Al³⁺/Al பட்டியலில் மிகப் பின்னால், மிகக் குறைந்த தாழ்த்தல் அமுக்கம்), அதேவேளை Fe ஒட்சியேற்றமட வேண்டும் (Fe²⁺/Fe பட்டியலில் Al³⁺/Al ஐ விட முந்தையது, அதிக அமுக்கம்). இது தேவையான வரிசைக்கு நேர்மாறானது — Al³⁺ (பலவீனமான தாழ்த்தேற்றி) Fe ஐ ஒட்சியேற்ற முடியாது. உண்மையில் தானாக நடைபெறும் திசை இதன் தலைகீழே: 3Fe²⁺+2Al→3Fe+2Al³⁺ (Fe²⁺ Al ஐ ஒட்சியேற்றும்). எனவே (5) ஆனது கொடுக்கப்பட்ட வரிசைப்படி மின்னிரசாயனக் கலத்தில் சுயமாக நடைபெறாத தாக்கமாகும்.
40. 🟢 2025/P1/Q50 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: அமில ஊடகத்தில் H₂O₂ ஆனது அதனுடன் தாக்கம் புரியும் இனத்திற்கேற்ப ஓர் ஒட்சியேற்றியாக அல்லது தாழ்த்தியாகத் தொழிற்படலாம்.
இரண்டாம் கூற்று: ஒட்சிசன் வெளிக்காட்டும் ஒட்சியேற்ற நிலைகளில் 0 ஆனது மிகவும் உறுதியானதும் அதிக அளவில் இருப்பதும் ஆகும்.
(1) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது (2) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது (3) முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய் (4) முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை (5) இரண்டும் பொய்
விடை: (3) — முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய். முதலாம் கூற்று உண்மை — H₂O₂ இல் O −1 ஒட்சியேற்ற நிலையில் உள்ளது (0 உம் −2 உம் இடையேயான இடைநிலை) — எனவே இது ஒட்சியேற்றியாகவும் (குறைக்கப்பட்டு −2 ஆக, எ.கா. Fe²⁺ ஐ Fe³⁺ ஆக ஒட்சியேற்றும்போது) தாழ்த்தியாகவும் (ஒட்சியேற்றமடைந்து 0, O₂ ஆக, எ.கா. MnO₄⁻ ஐத் தாழ்த்தும்போது) தொழிற்படக்கூடிய இருதன்மைக் காரணியாகும்.
இரண்டாம் கூற்று பொய் — ஒட்சிசனின் மிகவும் உறுதியானதும் அதிக அளவில் காணப்படுவதுமான ஒட்சியேற்ற நிலை −2 ஆகும் (H₂O, பெரும்பாலான ஒட்சைட்டுகளில்) — 0 (தனிமூலக ஒட்சிசன் O₂) என்பது வெறும் ஒரு குறிப்பிட்ட நிலையே தவிர, ஒட்சிசனின் பெரும்பாலான சேர்வைகளில் காணப்படும் நிலையல்ல.
எனவே முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய் = (3).
41. 🟢 2019/P1/Q10 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் உறுதிசெய்யப்பட்டது)
பின்வரும் நீர்க் கரைசல்களின் (0.01 M KCl, 0.1 M KCl, 0.1 M HAc; HAc = அசற்றிக் அமிலம்; M = mol dm⁻³) H₂O உள்ளடங்கலாக மின்சாரம் கடத்தும் திறன் குறையும் வரிசை யாது?
(1) 0.1 M HAc > H₂O > 0.01 M KCl > 0.1 M KCl (2) H₂O > 0.1 M HAc > 0.1 M KCl > 0.01 M KCl (3) 0.01 M KCl > 0.1 M HAc > 0.1 M KCl > H₂O (4) 0.01 M KCl > 0.1 M KCl > 0.1 M HAc > H₂O (5) 0.1 M KCl > 0.01 M KCl > 0.1 M HAc > H₂O
விடை: (5). கடத்துதிறன் அயன் செறிவையும் அயனாக்கத்தின் அளவையும் சார்ந்துள்ளது.
KCl ஒரு வலிமையான மின்பகுபொருள் (முழுமையாக அயனாகும்); HAc ஒரு மென் மின்பகுபொருள் (~1% மாத்திரம் அயனாகும், 0.1M இல்); தூய H₂O மிகக் குறைந்த சுய-அயனாக்கத்தால் மிகக் குறைந்த கடத்துதிறனைக் கொண்டுள்ளது.
0.1 M KCl (அதிக செறிவு, முழு அயனாக்கம்) > 0.01 M KCl (குறைந்த செறிவு, முழு அயனாக்கம்) > 0.1 M HAc (அதே பெயரளவு செறிவு உள்ளதாயினும் மென் அயனாக்கத்தால் மிகக் குறைந்த உண்மையான அயன் செறிவு) > H₂O (குறைந்தபட்சம்) — விருப்பம் (4).
42. 🟡 2020/P1/Q24 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி (⚠ அதிகாரப்பூர்வ திட்டம் இவ்வினாவை இரத்துச் செய்து அனைத்து விடைகளையும் ஏற்றுக்கொண்டது — கீழுள்ளது எனது சுயாதீன கணக்கீடு)
ஓர் H₂O₂ கரைசலின் வலிமை நியம வெப்பநிலையிலும் அமுக்கத்திலும் (நி.வெ.அ.) உண்டாக்கப்படும் O₂ வாயுவின் கனவளவாக எடுத்துரைக்கப்படலாம். உதாரணமாக, கனவளவு வலிமை 20 லீற்றர் ஆகவுள்ள H₂O₂ (20 volume strength H₂O₂) கரைசல் நி.வெ.அ. இல் O₂ வாயுவின் 20 லீற்றரை உண்டாக்கும் (2H₂O₂(aq)→2H₂O(l)+O₂(g)) (வாயுவின் 1 மோல் நி.வெ.அ. இல் 22.4 லீற்றர் கனவளவைக் கொண்டிருக்குமெனக் கொள்க.)
X எனப் பெயரிடப்பட்டுள்ள ஒரு போத்தலில் H₂O₂ கரைசல் உள்ளது. இக்கரைசல் X இன் 25.0cm³ ஆனது ஐதான H₂SO₄ இன் முன்னிலையில் 1.0 mol dm⁻³ KMnO₄ உடன் நியமிப்புச் செய்யப்படும்போது முடிவுப் புள்ளியை அடைவதற்குத் தேவையான கனவளவு 25.0cm³ ஆகும். கரைசல் X இன் கனவளவு வலிமை
(1) 15 (2) 20 (3) 25 (4) 28 (5) 30
சுயாதீன கணக்கீடு: 28 (விருப்பம் 4 உடன் சரியாகப் பொருந்துகின்றது). ஒட்சியேற்றத் தாழ்த்தல் சமன்பாடு: 2MnO₄⁻+5H₂O₂+6H⁺→2Mn²⁺+5O₂+8H₂O (Mn:+7→+2, 5e⁻ ஏற்பு ×2=10e⁻; H₂O₂ ஒவ்வொன்றும் 2e⁻ இழக்கும் — 10e⁻/2=5H₂O₂).
KMnO₄ மோல்கள் = 1.0×0.0250 = 0.025 mol. விகிதம் MnO₄⁻:H₂O₂=2:5 என்பதிலிருந்து, H₂O₂ மோல்கள் (25.0cm³ இல்) = (5/2)×0.025 = 0.0625 mol.
2H₂O₂→2H₂O+O₂ என்பதிலிருந்து, உற்பத்தியாகக்கூடிய O₂ மோல்கள் = 0.0625/2 = 0.03125 mol.
O₂ கனவளவு (நி.வெ.அ.) = 0.03125×22.4 = 0.7 L = 700 cm³.
கனவளவு வலிமை = (O₂ கனவளவு)/(கரைசல் கனவளவு) = 700/25.0 = 28.
⚠ குறிப்பு: இக்கணக்கீடு விருப்பம் (4) உடன் சரியாகப் பொருந்தினாலும், அதிகாரப்பூர்வ திட்டம் இவ்வினாவை இரத்துச் செய்து அனைத்து விடைகளையும் ஏற்றுக்கொண்டுள்ளது (காரணம் தெளிவாகத் தெரியவில்லை — "கனவளவு வலிமை" வரையறையில் ஏதேனும் தெளிவின்மை இருந்திருக்கலாம்).
43. 🟢 2020/P1/Q26 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
298K இல் ஒரு நியம ஐதரசன் மின்வாய், ஒரு நியம Mg-மின்வாய், ஓர் உப்பும் பாலமும் ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி அமைக்கப்பட்ட நியமக் கல்வானிக் கலத்தைப் பின்வருவனவற்றில் எது சரியாகக் குறிப்பிடுகின்றது?
(1) Mg(s) | Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) ‖ H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) | H₂(g) | Pt(s)
(2) Pt(s) | H₂(g) | H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) ‖ Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) | Mg(s)
(3) Mg(s), Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) ‖ H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) | H₂(g) | Pt(s)
(4) Mg(s) | Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³), H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³), H₂(g) | Pt(s)
(5) Pt(s), H₂(g) | H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) ‖ Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³), Mg(s)
விடை: (1). நியம ஒடுக்கல் மின்னழுத்தங்கள்: E°(Mg²⁺/Mg)=−2.37V (மிக எதிர்மறை), E°(H⁺/H₂)=0.00V (நியமம்).
Mg²⁺/Mg இணையின் மிக எதிர்மறையான E° காரணமாக, Mg ஆனது ஒட்சியேற்றமடையும் (அனோட்டு), H⁺ ஆனது தாழ்த்தப்படும் (கதோட்டு).
நியமக் கல வரிசைமுறை மரபு: அனோட்டு (ஒட்சியேற்றம், முதலில்) | அனோட்டுக் கரைசல் ‖ கதோட்டுக் கரைசல் | கதோட்டு (தாழ்த்தல், இறுதியில்) — ஒவ்வொரு மின்வேதிச் சூத்திரத் தொகுதியும் ஒற்றைக் கோட்டால் (|) பிரிக்கப்பட வேண்டும் (கமா அல்ல), மேலும் இரு அரைக் கலங்களும் இரட்டைக் கோட்டால் (‖, உப்புப் பாலம்) பிரிக்கப்பட வேண்டும்.
(2) தவறு — அனோட்டு/கதோட்டு இடம் மாற்றப்பட்டுள்ளது (Mg முதலில் வர வேண்டும்). (3),(4),(5) தவறு — கமாக்கள் தவறாகப் பயன்படுத்தப்பட்டுள்ளன (ஒற்றை/இரட்டைக் கோடுகளுக்குப் பதிலாக), சரியான மின்வேதிச் சூத்திர மரபை மீறுகின்றன.
எனவே: Mg(s) | Mg²⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) ‖ H⁺(aq,1.00 mol dm⁻³) | H₂(g) | Pt(s) — விருப்பம் (1).
44. 🟢 2020/P1/Q38 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
அறை வெப்பநிலையில் தொழிற்படும் ஒரு டானியல் கலம் பற்றிப் பின்வரும் கூற்றுகளில் எது/எவை சரியானது/சரியானவை? (E°cell = +1.10V)
(a) தேறிய இலத்திரன் பாய்ச்சல் Zn தொடக்கம் Cu வரைக்கும் நடைபெறுகின்றது.
(b) சமநிலை Zn²⁺(aq)+2e⇌Zn(s) வலது பக்கமாக நகருகின்றது.
(c) ஓர் உப்புப் பாலம் இருப்பதனால் திரவச் சந்தி அழுத்தம் உண்டாகின்றது.
(d) சமநிலை Cu²⁺(aq)+2e⇌Cu(s) வலது பக்கமாக நகருகின்றது.
(a),(b) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (1) இன் மீதும்; (b),(c) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (2) இன் மீதும்; (c),(d) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (3) இன் மீதும்; (d),(a) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவையெனில் (4) இன் மீதும் — வேறு தெரிவுகளின் எண்ணோ சேர்மானங்களோ திருத்தமானவையெனில் (5) இன் மீதும் குறிக்குக.
விடை: (4) — (d),(a) ஆகியன மாத்திரம் திருத்தமானவை.
(a) சரி — டானியல் கலத்தில் Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது (அனோட்டு, இலத்திரன்களை இழக்கின்றது), Cu²⁺ தாழ்த்தப்படுகின்றது (கதோட்டு) — வெளிச்சுற்றில் இலத்திரன்கள் Zn இலிருந்து Cu நோக்கி பாய்கின்றன.
(b) தவறு — தொழிற்படும் கலத்தில் Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது (Zn→Zn²⁺+2e⁻, தாழ்த்தல் சமநிலையின் தலைகீழ்) — எனவே Zn²⁺+2e⇌Zn சமநிலை இடது பக்கமாகவே நகரும், வலமாக அல்ல.
(c) தவறு — உப்புப் பாலத்தின் நோக்கமே திரவச் சந்தி அழுத்தத்தை குறைக்க/நீக்குவதே (இரு கரைசல்களும் நேரடித் தொடர்பில் இருந்தால் உண்டாகும் அழுத்தத்தை) — உப்புப் பாலம் இருப்பதனால் அது உண்டாகின்றது எனக் கூறுவது தர்க்க ரீதியாகத் தலைகீழானது.
(d) சரி — கதோட்டில் (Cu மின்வாய்) Cu²⁺ தாழ்த்தப்பட்டு Cu உலோகமாக படிகின்றது — Cu²⁺+2e⇌Cu சமநிலை வலமாக நகர்கின்றது.
எனவே சரியான கூற்றுகள் (a),(d) — விருப்பம் (4).
45. 🟢 2020/P1/Q19 — உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
உப்பு MX இன் ஒரு நீர்க் கரைசலை மின்பகுப்புச் செய்வதற்கு அமைக்கப்பட்ட மின்பகுப்புக் கலத்தை பின்வருவனவற்றுள் எது சரியாகக் காட்டுகின்றது? ஒவ்வொரு தெரிவும் ஒரு பற்றரியையும் (நீள மெல்லிய கோடு = + முனையம், குறுகிய தடிமனான கோடு = − முனையம்) இரு மின்வாய்களையும் (அனோட்டு, கதோட்டு) கொண்ட ஒரு மின்சுற்றுப் படத்தைக் காட்டுகின்றது, ஒவ்வொரு மின்வாயின் அருகிலும் +/− எனக் குறிக்கப்பட்டுள்ளது:
(1) பற்றரி: இடது − (குறுகியது), வலது + (நீளமானது). அனோட்டு (இடது) = +; கதோட்டு (வலது) = −.
(2) பற்றரி: இடது + (நீளமானது), வலது − (குறுகியது). அனோட்டு (இடது) = +; கதோட்டு (வலது) = −.
(3) பற்றரி: இடது + (நீளமானது), வலது − (குறுகியது). அனோட்டு (இடது) = −; கதோட்டு (வலது) = +.
(4) பற்றரி: இடது − (குறுகியது), வலது + (நீளமானது). அனோட்டு (இடது) = −; கதோட்டு (வலது) = +.
(5) பற்றரி: இடது − (குறுகியது), வலது + (நீளமானது). மின்வாய்களில் +/− குறிக்கப்படவில்லை.
விடை: (2).
மின்பகுப்புக் கலம் (electrolytic cell) ஒன்றில் அனோட்டு எப்போதும் வெளிப்புற பற்றரியின் + முனையத்துடன் இணைக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும் (ஒட்சியேற்றம் அங்கு நிகழ்கின்றது), கதோட்டு − முனையத்துடன் இணைக்கப்பட்டிருக்க வேண்டும் (தாழ்த்தல் அங்கு நிகழ்கின்றது) — இது கல்வானிக் கலத்திற்கு நேர் மாறானது.
(1) தவறு — பற்றரியின் உண்மையான வயரிங் இடது=−, வலது=+ எனினும், லேபிள் அனோட்டை (இடது) "+" எனக் குறிக்கின்றது — லேபிளே தன் சொந்த வயரிங்குடன் முரண்படுகின்றது.
(2) சரி — பற்றரியின் வயரிங்: இடது (அனோட்டு) = + முனையம், வலது (கதோட்டு) = − முனையம். அனோட்டு உண்மையிலேயே + முனையத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது (சரியான மின்வேதியியல் நியதி), மற்றும் லேபிள்களும் உண்மையான வயரிங்குடன் பொருந்துகின்றன.
(3) தவறு — பற்றரியின் உண்மையான வயரிங் இடது=+, வலது=− எனினும், லேபிள் அனோட்டை (இடது) "−" எனக் குறிக்கின்றது — லேபிளே தன் சொந்த வயரிங்குடன் முரண்படுகின்றது.
(4) தவறு — லேபிள்கள் தமது சொந்த வயரிங்குடன் பொருந்துகின்றன (இடது=−, "−" என லேபிளிடப்பட்டது), எனினும் இங்கு அனோட்டு − முனையத்துடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது — இது தவறு, ஏனெனில் அனோட்டு எப்போதும் + முனையத்துடனேயே இணைக்கப்பட வேண்டும்; இங்கு அனோட்டு/கதோட்டு அடையாளங்களே தலைகீழாக உள்ளன.
(5) தவறு — +/− குறியீடுகள் முற்றிலும் இல்லாததால், மின்வாய்களின் மின்னியல் அடையாளத்தை உறுதிப்படுத்த முடியாது.
எனவே (2) ஆனது அனோட்டு-கதோட்டு அடையாளத்தையும் +/− லேபிள்களையும் பற்றரியின் உண்மையான வயரிங்குடன் சரியாகப் பொருத்தும் ஒரே தெரிவு.
46. 🟢 2018/P1/Q18 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு மின் இரசாயனக் கலமொன்றின் மின் இயக்க விசை (EMF) பின்வருவனவற்றுள் எதனைச் சார்ந்திராது?
(1) மின்பகுபொருள்களின் செறிவுகளில்
(2) மின்வாய்களின் மேற்பரப்பின் பரப்பளவுகளில்
(3) மின்வாய்களை உருவாக்கிய உலோகங்களின் வகைகளில் (4) மின்பகுபொருளின் தன்மையில்
(5) வெப்பநிலையில்
விடை: (2).
EMF ஒரு வெப்ப-இயக்கவியல் (சமநிலை/நேர்த்தன்மையான) அளவு -- இது ஒரு தீவிர இயல்பு (intensive property), கல அளவைச் சாராது.
(1),(5) சார்ந்தது -- மின்பகுபொருள்/மின்வாய் உலோகத்தின் தன்மை நேரடியாக E° மதிப்புகளைத் தீர்மானிக்கின்றது.
(2) சார்ந்தது -- நேர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டில் T நேரடியாக இடம்பெறுகின்றது.
(3) சார்ந்தது -- நேர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டில் Q (செறிவு விகிதம்) மூலம் EMF செறிவுகளைச் சார்ந்துள்ளது.
(4) சாராது -- மின்வாய்களின் மேற்பரப்பு அளவு மின்னோட்டத்தின்/வீதத்தின் அளவைப் பாதிக்கும் (இயக்கவியல் காரணி), ஆனால் EMF (ஒரு சமநிலை/வெப்ப-இயக்கவியல் அளவு) கல அளவு/மேற்பரப்பைப் பொறுத்தது அல்ல.
எனவே (4).
47. 🟢 2018/P1/Q19 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
அமில ஊடகத்தில் IO₃⁻ (அயடேட் அயன்) ஆனது SO₃²⁻ அயனை SO₄²⁻ ஆக ஒட்சியேற்றுகிறது. Na₂SO₃ (0.50 mol dm⁻³) கரைசலின் 25.0 cm³ இலுள்ள Na₂SO₃ இன் அளவை முழுமையாக SO₄²⁻ ஆக ஒட்சியேற்றுவதற்குத் தேவையான KIO₃ இன் திணிவு 1.07 g ஆகும். (O=16, K=39, I=127) தாக்கம் முற்றுப்பெற்ற பின் அயடீனின் இறுதி ஒட்சியேற்ற நிலையானது
(1) +3 (2) −1 (3) 0 (4) +1 (5) +2
விடை: (3) 0.
mol SO₃²⁻ = 0.50×25.0/1000 = 0.0125 mol.
M(KIO₃) = 39+127+3(16) = 214 g mol⁻¹. mol KIO₃ = 1.07/214 = 0.005 mol.
SO₃²⁻→SO₄²⁻: S இன் ஒட்சியேற்ற எண் +4→+6, ஒவ்வொரு S உம் 2 இலத்திரன்களை இழக்கின்றது. விடுவிக்கப்பட்ட மொத்த இலத்திரன்கள் = 0.0125×2 = 0.025 mol e⁻.
ஒவ்வொரு I அணுவும் பெற்ற இலத்திரன்கள் = மொத்த e⁻/mol I = 0.025/0.005 = 5 இலத்திரன்கள்.
IO₃⁻ இல் I இன் தொடக்க ஒட்சியேற்ற நிலை = +5. 5 இலத்திரன்கள் பெற்றபின்: +5−5 = 0.
எனவே (2).
48. 🟢 2018/P1/Q27 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
AgCl இன் நிரம்பிய கரைசல் (AgCl(s) அடங்கியது) உள்ள ஒரு முகவையில் ஒரு Zn கோலும் ஒரு Ag கோலும் உருவில் காட்டப்பட்டுள்ளவாறு அமிழ்த்தப்பட்டு, இந்த இரண்டு உலோகக் கோல்களும் ஒரு கடத்தியினூடாக இணைக்கப்பட்டது. உடனேயே பின்வருவனவற்றில் எது நடைபெறும்? (Zn²⁺(aq)+e→Zn(s), E°=−0.76V; Ag⁺(aq)+e→Ag(s), E°=0.80V)
(1) Zn கரையும், Ag கரையும், AgCl(s) படியும்.
(2) Zn படியும், Ag கரையும், AgCl(s) கரையும்.
(3) கரைசலில் குளோரைட்டின் செறிவு குறையும். (4) Zn கரையும், Ag படியும், AgCl(s) கரையும்.
(5) Zn கரையும், Ag கரையும், AgCl(s) கரையும்.
விடை: (4).
E°(Ag⁺/Ag)=0.80V > E°(Zn²⁺/Zn)=−0.76V -- எனவே Ag கதோட்டு (தாழ்த்தல்), Zn அனோட்டு (ஒட்சியேற்றம்) ஆகும்.
Zn அனோட்டில் ஒட்சியேற்றமடைந்து கரையும்: Zn(s)→Zn²⁺(aq)+2e⁻.
Ag⁺ கதோட்டில் தாழ்த்தப்பட்டு Ag உலோகமாக படியும்: Ag⁺(aq)+e⁻→Ag(s).
Ag⁺ தாழ்த்தலால் நுகரப்படும்போது, AgCl(s)⇌Ag⁺(aq)+Cl⁻(aq) சமநிலை Le Chatelier தத்துவப்படி வலமாக நகர்ந்து மேலும் AgCl கரையும் (Ag⁺ ஐ மீள்நிரப்ப).
எனவே (1).
49. 🟢 2021(2022)/P1/Q35 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஓர் இலேசான மின்பகுளியின் (weak electrolyte) நீர்க்கரைசல் தொடர்பாக எப்போதும் சரியான கூற்று/கூற்றுகள் எவை/எது?
(a) மின்னோட்டம் கடத்தும்போது, எதிர்மின் அயனியால் (anion) சுமக்கப்படும் மின்னோட்டப் பங்கு, நேர்மின் அயனியால் (cation) சுமக்கப்படும் பங்கை விட அதிகமாகும்.
(b) எதிர்மின் அயனியின் கடத்தாறு (conductivity) நேர்மின் அயனியின் கடத்தாற்றை விட அதிகமாகும்.
(c) இலேசான மின்பகுளியின் மூலக்கூறுகளில் ஒரு சிறிய சதவீதமே அயன்களாகப் பிரிகையடைந்துள்ளது.
(d) நீர்த்தலுடன் (dilution) இலேசான மின்பகுளியின் பிரிகையடையும் மூலக்கூறுகளின் பின்னம் அதிகரிக்கின்றது.
(1) (d),(a) மாத்திரம் சரி (2) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி (3) (a),(b) மாத்திரம் சரி (4) (b),(c) மாத்திரம் சரி (5) (c),(d) மாத்திரம் சரி
விடை: (2). (a), (b) இரண்டும் குறிப்பிட்ட அயன்களின் தனித்துவமான இயக்கத்திறனைப் (mobility) பொறுத்தவை -- எல்லா இலேசான மின்பகுளிகளுக்கும் எப்போதும் உண்மையானவை அல்ல (எ.கா. பல அமிலங்களில் H₃O⁺ இன் Grotthuss இயக்கத்திறன் காரணமாக நேர்மின் அயனியே அதிக மின்னோட்டத்தைச் சுமக்கும்). (c) எப்போதும் உண்மையானதன்று -- Ostwald நீர்த்தல் விதிப்படி, மிக அதிக நீர்த்தலில் பிரிகைப் பின்னம் α ஏறத்தாழ 1 (100%) ஐ நெருங்கும் -- எனவே "சிறிய சதவீதமே" எப்போதும் சரியன்று. (d) மாத்திரமே எப்போதும், நிபந்தனையின்றிச் சரியானது (Ostwald நீர்த்தல் விதி -- நீர்த்தலுடன் α எப்போதும் அதிகரிக்கும்), ஆனால் (d) மாத்திரம் தனித்து எந்தத் தெரிவிலும் ஒரு ஜோடியாக இல்லை -- எனவே (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரியானது.
50. 🟢 2021(2022)/P1/Q33 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
M²⁺(aq)/M(s) மின்வாய் பற்றிய மின்வாய் பொட்டன்சியல் பின்வரும் காரணி/காரணிகளில் எதைச் சார்ந்தது?
(a) M(s) இன் மேற்பரப்பு பரப்பளவு (b) M²⁺(aq) இன் செறிவு (c) வெப்பநிலை (d) M²⁺(aq) கரைசலின் கனவளவு
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி.
(a) தவறு -- மின்வாய் பொட்டன்சியல் ஒரு தீவலிவு (intensive) பண்பு -- திண்ம உலோகத்தின் மேற்பரப்பு பரப்பளவு வீதத்தை (kinetics) பாதிக்கலாம், ஆனால் சமநிலை மின்வாய் பொட்டன்சியலை (ஓர் இயங்கியல் அளவு) பாதிக்காது.
(b) சரி -- Nernst சமன்பாட்டின்படி, மின்வாய் பொட்டன்சியல் நேரடியாக அயன் செறிவைச் சார்ந்தது.
(c) சரி -- Nernst சமன்பாட்டில் T நேரடியாக இடம்பெறுகின்றது.
(d) தவறு -- மின்வாய் பொட்டன்சியல் செறிவைப் (தீவலிவு) பொறுத்தது, மொத்த கனவளவை (பரவலிவு, extensive) அல்ல -- செறிவு மாறாதவரை கனவளவு மாத்திரம் மாறுவது பொட்டன்சியலை பாதிக்காது.
எனவே (b),(c) சரி → (2).
51. 🟢 2017/P1/Q18 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Ni²⁺(aq,1.0M)/Ni(s) மற்றும் Cu²⁺(aq,1.0M)/Cu(s) அரைத்தொகுதிகளை மின்னழுத்தமானியுடனும் உப்புப் பாலத்துடனும் இணைத்து ஒரு மின்வேதிக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. (E°(Ni²⁺/Ni)=−0.24V, E°(Cu²⁺/Cu)=+0.34V). அரைத்தொகுதிகள் இணைக்கப்படும்போது மொத்த கலவினையும் மின்னழுத்தமானியின் ஆரம்ப வாசிப்பும் யாவை?
(1) Cu²⁺(aq)+Ni(s)→Cu(s)+Ni²⁺(aq) ; −0.58V
(2) Cu²⁺(aq)+Ni(s)→Cu(s)+Ni²⁺(aq) ; 0.00V
(3) Cu(s)+Ni(s)→Cu²⁺(aq)+Ni²⁺(aq)+4e ; +0.58V (4) Ni²⁺(aq)+Cu(s)→Ni(s)+Cu²⁺(aq) ; 0.00V
(5) Cu²⁺(aq)+Ni(s)→Cu(s)+Ni²⁺(aq) ; +0.58V
விடை: (5).
Cu²⁺/Cu இன் E° (+0.34V) Ni²⁺/Ni இன் E° (−0.24V) ஐ விட அதிகம் -- எனவே Cu²⁺ ஒடுக்கமடையும் (cathode), Ni ஒட்சியேற்றமடையும் (anode).
Ni(s) → Ni²⁺(aq)+2e⁻ (ஒட்சியேற்றம்); Cu²⁺(aq)+2e⁻ → Cu(s) (ஒடுக்கம்).
மொத்த வினை: Cu²⁺(aq)+Ni(s) → Cu(s)+Ni²⁺(aq).
E°கலம் = E°cathode − E°anode = 0.34 − (−0.24) = +0.58V. ஆரம்ப நிலைமான செறிவுகளில் (1.0M) இதுவே ஆரம்ப வாசிப்பு.
எனவே (2).
52. 🟢 2017/P1/Q27 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
ஒரு மின்பகுப்புக் கலத்தில் நிகழும் AlF₆³⁻(aq) + 3e → Al(s) + 6F⁻(aq) என்ற அரைவினை தொடர்பாக பின்வருவனவற்றுள் சரியானது எது?
(1) AlF₆³⁻ ஒடுக்கமடைகின்றது. (2) Al இன் ஒட்சியேற்ற எண் −3 இலிருந்து 0 ஆக மாறுகின்றது. (3) F⁻ ஓர் ஒடுக்கியாகச் செயல்படுகின்றது. (4) F⁻ ஒடுக்கமடைகின்றது. (5) Al ஒட்சியேற்றமடைகின்றது.
விடை: (1).
(1) தவறு -- Al, AlF₆³⁻ இல் (+3) இலிருந்து Al(s) (0) ஆக மாறுவது ஒடுக்கம் (இலத்திரன் ஈட்டல்), ஒட்சியேற்றம் அல்ல.
(2) சரி -- AlF₆³⁻ ஒடுக்கமடைந்து Al(s) தருகின்றது (Al³⁺→Al⁰).
(3) தவறு -- AlF₆³⁻ இல் Al இன் ஒட்சியேற்ற எண் +3 (F ஒவ்வொன்றும் −1×6=−6; +3−6=−3 மொத்த ஏற்றம் ✓) -- −3 அல்ல; மாற்றம் +3→0.
(4) தவறு -- F⁻ ஒரு பார்வையாளன் லிகண்ட், அதன் ஒட்சியேற்ற எண் மாறாது (−1 ஆகவே தொடரும்).
(5) தவறு -- F⁻ ஒடுக்கமடையவில்லை, மாறாமல் வெளியிடப்படுகின்றது.
எனவே (2).
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினாக்கள்
அனைத்துப் படிகளையும் காட்டி, மாதிரி விடையுடன் ஒப்பிடுக.
(அ) ஒரு வலுவான மின்பகுபொருளுக்கும் (strong electrolyte) ஒரு வலுவற்ற மின்பகுபொருளுக்கும் (weak electrolyte) இடையிலான வேறுபாட்டை, அயனாக்கத் தராதரத்தின் அடிப்படையில் விளக்கி, ஒவ்வொன்றுக்கும் ஓர் உதாரணம் தருக. (ஆ) மூலர் கடத்துத்திறன் (molar conductivity) என்றால் என்ன என வரைவிலக்கணம் தருக. (இ) ஒரு வலுவற்ற மின்பகுபொருளின் கரைசலை நீர்க்கச் செய்யும்போது அதன் மூலர் கடத்துத்திறன் ஏன் கூர்மையாக அதிகரிக்கின்றது எனக் காரணம் கூறுக.
(ஆ) மூலர் கடத்துத்திறன் (Λ) என்பது ஒரு மூல் மின்பகுபொருளால் தரப்படும் எல்லா அயன்களும் சேர்ந்து தரும் கடத்துத்திறன்; அதாவது தனிக் கடத்துத்திறனை (κ) கரைசலின் மூலர் செறிவால் வகுத்துப் பெறப்படுவது, Λ = κ ÷ c.
(இ) ஒரு வலுவற்ற மின்பகுபொருளில் அயன்களை வழங்குவது அயனாக்கச் சமநிலையே. கரைசலை நீர்க்கச் செய்யும்போது சமநிலை அயனாக்கத்தின் பக்கம் (லெ ஷத்தலியேயின் தத்துவப்படி) நகர்கின்றது; எனவே அயனாக்கத் தராதரம் அதிகரித்து ஒரு மூலிலிருந்து கிடைக்கும் அயன்களின் மொத்த எண்ணிக்கை அதிகரிக்கின்றது. இதனால் மூலர் கடத்துத்திறன் கூர்மையாக ஏறுகின்றது. வலுவான மின்பகுபொருளில் அயன்கள் ஏற்கனவே முழுமையாக உள்ளதால் இவ்வளவு பெரிய மாற்றம் காணப்படுவதில்லை.
(அ) நியம மின்வாய் அழுத்தம் (standard electrode potential) என்றால் என்ன என வரைவிலக்கணம் தருக; ஏன் ஒரு குறிப்பு மின்வாய் தேவைப்படுகின்றது எனக் கூறுக. (ஆ) நியம ஐதரசன் மின்வாயின் (Standard Hydrogen Electrode) அமைப்பையும் அது செயற்படும் நியம நிலைகளையும் விவரிக்க. (இ) AL பாடத்திட்டத்தில் கூறப்படும் நான்கு வகை மின்வாய்களையும் — உலோகம்/உலோக அயன், உலோகம்/கரையாத உப்பு, வாயு மின்வாய், ஒட்சியேற்ற-தாழ்த்தல் மின்வாய் — ஒவ்வொன்றுக்கும் ஓர் உதாரணத்துடன் சுருக்கமாகக் கூறுக.
(ஆ) நியம ஐதரசன் மின்வாய் — பிளாற்றினம் கறுப்பு பூசப்பட்ட ஒரு பிளாற்றினம் தகடு, 1 mol dm⁻³ H⁺ அயன் கரைசலில் மூழ்கியிருக்கும்; அதன் மேல் 1 bar அழுத்தத்தில் தூய ஐதரசன் வாயு 298 K இல் குமிழியாகச் செலுத்தப்படுகின்றது. இம்மின்வாயின் அழுத்தம் தெரிவாக 0.00 V என வரையறுக்கப்பட்டுள்ளது; மற்ற எல்லா மின்வாய் அழுத்தங்களும் இதனுடன் ஒப்பிட்டே அளவிடப்படுகின்றன.
(இ) உலோகம்/உலோக அயன் மின்வாய் — ஒரு உலோகம் அதன் அயன் கரைசலில் (எ.கா. Zn(s)/Zn²⁺(aq)). உலோகம்/கரையாத உப்பு மின்வாய் — ஒரு உலோகம், அதன் கரையாத உப்பு, அந்த உப்பின் அயன் கரைசல் (எ.கா. கலோமல் மின்வாய், Ag(s)/AgCl(s)/Cl⁻(aq)). வாயு மின்வாய் — ஒரு வாயு, அதன் அயன் கரைசலுடன், வினைபடாத பிளாற்றினம் தகட்டின் மேல் (எ.கா. Pt/H₂(g)/H⁺(aq), Pt/Cl₂(g)/Cl⁻(aq)). ஒட்சியேற்ற-தாழ்த்தல் மின்வாய் — ஒரே மூலகத்தின் இரு வேறுபட்ட ஒட்சியேற்ற நிலையிலான அயன்கள் வினைபடாத மின்வாயுடன் (எ.கா. Pt/Fe²⁺(aq), Fe³⁺(aq)).
(அ) ஒரு கல்வானிக் கலம் (galvanic cell) எவ்வாறு அமைக்கப்படுகின்றது என்பதைச் சித்திரத்துடன் விளக்கி, அனோட்டு, கதோட்டு, உப்புப் பாலம் ஆகியவற்றின் பணிகளைக் கூறுக. (ஆ) ஒரு டானியல் கலத்தின் (Zn–Cu) அரைத்தாக்கங்களையும் மொத்தத் தாக்கத்தையும் எழுதி, அதன் கல நிரலை (cell notation) வரைக. (இ) வெளிச்சுற்றில் இலத்திரன்கள் எத்திசையில் பாய்கின்றன, அயன்கள் உப்புப் பாலத்தில் எத்திசையில் நகர்கின்றன எனக் கூறுக.
(ஆ) அனோட்டுத் தாக்கம் (ஒட்சியேற்றம்): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻. கதோட்டுத் தாக்கம் (தாழ்த்தல்): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s). மொத்தத் தாக்கம்: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s). கல நிரல்: Zn(s) | Zn²⁺(aq) ‖ Cu²⁺(aq) | Cu(s) — இடதுபக்கம் அனோட்டு, வலதுபக்கம் கதோட்டு; | என்பது மின்வாய்/கரைசல் இடைமுகம், ‖ என்பது உப்புப் பாலம்.
(இ) வெளிச்சுற்றில் இலத்திரன்கள் அனோட்டிலிருந்து (நாகம்) கதோட்டை (செப்பு) நோக்கிப் பாய்கின்றன. உப்புப் பாலத்தில் — நேர் அயன்கள் (கற்றயன்கள்) கதோட்டு அரைக்கலத்தை நோக்கியும், எதிர் அயன்கள் (அனயன்கள்) அனோட்டு அரைக்கலத்தை நோக்கியும் நகர்ந்து ஒவ்வொரு பக்கத்திலும் ஏற்றத்தைச் சமன்செய்கின்றன.
பின்வரும் நியம தாழ்த்தல் அழுத்தங்கள் தரப்பட்டுள்ளன:
Mg²⁺(aq) + 2e⁻ → Mg(s), E° = −2.37 V;
Fe²⁺(aq) + 2e⁻ → Fe(s), E° = −0.44 V.
(அ) இவ்விரண்டு மின்வாய்களையும் இணைத்து ஒரு கல்வானிக் கலம் அமைக்கும்போது எது
அனோட்டு, எது கதோட்டு எனக் காரணத்துடன் கூறுக. (ஆ) E°cell =
E°cathode − E°anode எனும் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்தி
கலத்தின் நியம மின்னியக்கு விசையைக் கணிக்க. (இ) கணிக்கப்பட்ட EMF இன் குறியின்
அடிப்படையில் இக்கலத் தாக்கம் தானியல்பாக நிகழுமா எனக் கூறி, மொத்தக் கலத்
தாக்கத்தை எழுதுக.
(ஆ) E°cell = E°cathode − E°anode = E°(Fe²⁺/Fe) − E°(Mg²⁺/Mg) = (−0.44 V) − (−2.37 V) = −0.44 + 2.37 = +1.93 V.
(இ) E°cell = +1.93 V, இது நேர்க்குறி ஆதலால் இக்கலத் தாக்கம் தானியல்பாக நிகழக்கூடியது (E°cell > 0 எனின் ΔG° = −nFE°cell எதிராகி தாக்கம் தானியல்பாகும்). மொத்தக் கலத் தாக்கம்: Mg(s) + Fe²⁺(aq) → Mg²⁺(aq) + Fe(s).
வினைபடாத மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி அமிலமாக்கப்பட்ட நீரை மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும் ஒரு கலத்தினூடாக 5.0 A மின்னோட்டம் 32 நிமிடம் 10 செக்கனுக்குச் செலுத்தப்படுகின்றது. (F = 96500 C mol⁻¹; H இன் மூலர் திணிவு 1 g mol⁻¹; நியம வெப்பநிலை-அழுத்தத்தில் ஒரு வாயுவின் ஒரு மூல் கனவளவு 22400 cm³). (அ) கலத்தினூடாகச் செலுத்தப்பட்ட மொத்த ஏற்றத்தையும் (Q) செலுத்தப்பட்ட இலத்திரன்களின் மூல்களையும் கணிக்க. (ஆ) கதோட்டில் வெளியேறும் ஐதரசன் வாயுவின் திணிவைக் கணிக்க. (இ) நியம வெப்பநிலை-அழுத்தத்தில் வெளியேறும் ஐதரசன் வாயுவின் கனவளவைக் கணிக்க.
(ஆ) கதோட்டுத் தாக்கம்: 2H⁺(aq) + 2e⁻ → H₂(g). எனவே 2 mol இலத்திரன் 1 mol H₂ ஐத் தருகின்றது; வெளியேறும் H₂ இன் மூல்கள் = 0.10 ÷ 2 = 0.05 mol. H₂ இன் மூலர் திணிவு = 2 g mol⁻¹. H₂ இன் திணிவு = 0.05 mol × 2 g mol⁻¹ = 0.10 g.
(இ) நியம வெப்பநிலை-அழுத்தத்தில் H₂ இன் கனவளவு = மூல்கள் × 22400 cm³ = 0.05 × 22400 = 1120 cm³ (அதாவது 1.12 dm³).
(அ) செப்பு மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி CuSO₄(aq) ஐ மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போதும், வினைபடாத மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி அதே கரைசலை மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போதும் அனோட்டில் நிகழும் தாக்கங்களை எழுதி, அவை ஏன் வேறுபடுகின்றன எனக் காரணம் கூறுக. (ஆ) செறிந்த NaCl(aq) ஐ மின்னாற்பகுப்புச் செய்யும்போது அனோட்டில் ஏன் ஒட்சிசனைவிட குளோரின் வெளியேறுகின்றது எனத் தெரிவுமுறை வெளியேற்றத்தின் (selective discharge) அடிப்படையில் விளக்குக. (இ) ஒரு கல்வானிக் கலத்தையும் ஒரு மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தையும் — சக்தி மாற்றம், தாக்கத்தின் தானியல்புத்தன்மை, அனோட்டின் ஏற்றம் ஆகிய மூன்று அம்சங்களில் — ஒப்பிடுக.
(ஆ) அனோட்டில் ஒட்சியேற்றமடைய முடியும் இனங்கள் Cl⁻ உம் H₂O உம். நியம மின்வாய் அழுத்தங்கள் மட்டும் பார்த்தால் நீர் ஒட்சியேற்றமடைந்து O₂ வெளியேற வேண்டும்; ஆனால் இரண்டு காரணிகள் Cl⁻ க்கு உதவுகின்றன — முதலில், செறிந்த NaCl இல் Cl⁻ இன் அதிக செறிவு அதன் ஒட்சியேற்றத்தை விருப்பமாக்குகின்றது; இரண்டாவது, ஒட்சிசன் வெளியேற்றத்துக்கான மிகைஅழுத்தம் (overpotential) அதிகமாதலால் நீரை ஒட்சியேற்றுவது நடைமுறையில் கடினமாகின்றது. இவ்விரு காரணிகளும் சேர்ந்து அனோட்டில் குளோரின் வெளியேற்றத்தை முதன்மைப்படுத்துகின்றன.
(இ) சக்தி மாற்றம்: கல்வானிக் கலம் இரசாயனச் சக்தியை மின்சக்தியாக மாற்றுகின்றது; மின்னாற்பகுப்புக் கலம் மின்சக்தியை இரசாயனச் சக்தியாக மாற்றுகின்றது. தானியல்புத்தன்மை: கல்வானிக் கலத் தாக்கம் தானியல்பானது (E°cell > 0); மின்னாற்பகுப்புக் கலத் தாக்கம் தானியல்பற்றது, வெளி மின்மூலம் தேவை. அனோட்டின் ஏற்றம்: கல்வானிக் கலத்தில் அனோட்டு எதிர்மின்வாய்; மின்னாற்பகுப்புக் கலத்தில் அனோட்டு நேர்மின்வாய். (இரு கலங்களிலும் ஒட்சியேற்றம் அனோட்டிலேயே நிகழ்கின்றது.)
இரும்பு துருப்பிடித்தலில் சம்பந்தப்படும் அரைத் தாக்கங்களும் நியமமின்வாய் அழுத்தங்களும் கீழே தரப்பட்டுள்ளன:
2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq) E° = +0.40 V
(i) மேற்குறிப்பிட்ட அரைத் தாக்கங்களை மட்டும் கருத்தில் கொண்டு, இரும்பு துருப்பிடித்தலின்போது நடைபெறும் மொத்தத் தாக்கத்திற்குச் சமப்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாட்டை எழுதுக. (ii) மேற்குறிப்பிட்ட மொத்தத் தாக்கம் நடைபெறும் மின்னிரசாயனக் கலத்தின் நியம மின்னியக்க விசையைக் காண்க.
2Fe(s) → 2Fe²⁺(aq) + 4e⁻ (ஒட்சியேற்றம், ×2)
2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq) (தாழ்த்தல்)
கூட்டினால்: 2Fe(s) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 2Fe²⁺(aq) + 4OH⁻(aq)
(Fe²⁺+2OH⁻→Fe(OH)₂↓ எனச் சேர்த்தால்: 2Fe(s)+O₂(g)+2H₂O(l)→2Fe(OH)₂(s) — துருவின் முதற்படி உருவாதல்)
(ii) இக்கலத்தில் Fe அனோட்டாகவும் (ஒட்சியேற்றம்), O₂/H₂O அரைக்கலம் கதோட்டாகவும் (தாழ்த்தல்) செயற்படுகின்றது:
E°cell = E°தாழ்த்தல்,கதோட்டு − E°தாழ்த்தல்,அனோட்டு = 0.40 − (−0.44) = +0.84 V
E°cell நேர்மறையாக இருப்பதால், இரும்பு துருப்பிடித்தல் ஒரு தானியல்பான (spontaneous) மின்னிரசாயனச் செயன்முறை.
(iii) கதோட்டுப் பாதுகாப்பு (Sacrificial anode): Q²⁺/Q இன் E°=−0.60V, R²⁺/R இன் E°=−0.13V, Fe²⁺/Fe இன் E°=−0.44V.
பலியிடும் மின்வாயாகச் (sacrificial anode) செயற்பட, அவ்உலோகம் இரும்பை விட எளிதில் ஒட்சியேற்றமடைய வேண்டும் (இரும்பை விட மிகவும் எதிர்மறையான E°). Q (−0.60V) இரும்பை விட (−0.44V) எதிர்மறையானது -- Q இரும்பை விட எளிதில் ஒட்சியேற்றமடையும், தானே ஒட்சியேற்றமடைந்து இரும்பைப் பாதுகாக்கும். R (−0.13V) இரும்பை விடக் குறைவான எதிர்மறையானது -- R ஐப் பயன்படுத்தினால் இரும்பே முன்னுரிமையாக ஒட்சியேற்றமடையும் (பாதுகாப்பு கிடைக்காது).
எனவே Q ஆனது பலியிடும் மின்வாயாகப் பயன்படுத்தப்பட வேண்டும்.
25°C இல் தாக்கம் 3Cu⁺(aq) + Au³⁺(aq) → 3Cu²⁺(aq) + Au(s) இன் மின்னிரசாயன நடத்தை பற்றிக் கற்பதற்குப் பின்வரும் மின்னிரசாயனக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. ஒரு முகவையில் 1.0 mol dm⁻³ Au(NO₃)₃(aq) கரைசலில் அமிழ்த்தப்பட்ட Au(s) மின்வாயையும், வேறொரு முகவையில் ஒவ்வொன்றும் 1.0 mol dm⁻³ ஆன CuNO₃(aq), Cu(NO₃)₂(aq) கரைசலிலும் அமிழ்த்தப்பட்ட Pt(s) மின்வாயையும் கொண்டுள்ளது. இவ்விரு அரைக் கலங்களும் நிரம்பிய KNO₃(aq) கரைசலினால் நிரப்பப்பட்ட ஓர் உப்புப் பாலத்துடனும் ஒரு வோல்ற்றுமானியுடனும் தொடுக்கப்பட்டுள்ளன. 25°C இல் E°(Au³⁺/Au)=1.50V, E°(Cu²⁺/Cu⁺)=0.16V ஆகும். (அ) இக்கலத்தின் அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்கண்டு, அவற்றுக்குரிய அரைத் தாக்கங்களை எழுதுக. (ஆ) இக்கலத்தின் நேர் முடிவிடத்தையும் மறை முடிவிடத்தையும் இனங்காண்க. (இ) 25°C இல் E°cell ஐக் கணிக்க. (ஈ) கலம் தொழிற்படும்போது Pt(s) மின்வாயின் திணிவு அதிகரிக்குமா, குறையுமா, மாறமாட்டாதா? (உ) கலம் தொழிற்படுவதற்கு முன்பும் பின்பும் Au(s)-அரைக் கலத்தில் உள்ள அயன் இனங்களைக் குறிப்பிடுக. (ஊ) 25°C இல் 30 நிமிடங்களுக்குக் கலம் தொழிற்பட்ட பின்னர் Au(s) மின்வாய் மீது Au(s) இன் 0.197 g படிந்தது: I. படிந்த Au மூல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணிக்க (Au=197 g mol⁻¹). II. 30 நிமிடங்களுக்குக் கலத்தினூடாகச் சென்ற ஓட்டம் மாறிலியாக இருந்தது எனக் கொண்டு, அந்த ஓட்டத்தை (mA) கணிக்க.
கதோட்டு: Au³⁺(aq)|Au(s), அரைத்தாக்கம்: Au³⁺(aq)+3e⁻ → Au(s)
அனோட்டு: Cu²⁺(aq)|Cu⁺(aq), அரைத்தாக்கம்: Cu⁺(aq) → Cu²⁺(aq)+e⁻
(ஆ) நேர் முடிவிடம் = Au³⁺|Au (கதோட்டு, Au மின்வாய்); மறை முடிவிடம் = Cu²⁺|Cu⁺ (அனோட்டு, Pt மின்வாய்).
(இ) E°cell = E°கதோட்டு − E°அனோட்டு = 1.50 − 0.16 = 1.34 V.
(ஈ) மாறமாட்டாது: Pt(s) ஒரு மந்த (inert) மின்வாய் — அது தாக்கம் புரியாது, மேலும் Cu(s) திண்மம் இவ்வரைத் தாக்கத்தில் உருவாகாது (Cu⁺ கரைசலிலேயே Cu²⁺ ஆக ஒட்சியேற்றப்படுகின்றது) — எனவே Pt மின்வாயில் எந்தத் திணிவு மாற்றமும் ஏற்படாது.
(உ) முன்பு: Au³⁺(aq), NO₃⁻(aq). பின்பு: Au³⁺(aq) (குறைந்த செறிவில்), NO₃⁻(aq), மற்றும் K⁺(aq) — Au³⁺ தாழ்த்தப்பட்டு நேர் ஏற்றம் நீங்குவதால் ஏற்படும் ஏற்றச் சமநிலையீட்டை (charge balance) பேண, உப்புப் பாலத்திலிருந்து K⁺ அயன்கள் Au(s)-அரைக் கலத்தினுள் நுழைகின்றன.
(ஊ) I. படிந்த Au மூல்கள் = 0.197 g ÷ 197 g mol⁻¹ = 1.0×10⁻³ mol.
II. Au³⁺+3e⁻→Au(s) ⟹ மின்னிலத்திரன் மூல்கள் = 3×(1.0×10⁻³) = 3.0×10⁻³ mol ⟹ மின்னேற்றம் q = nF = 3.0×10⁻³×96500 = 289.5 C. மின்னோட்டம் I = q/t = 289.5 ÷ (30×60) = 289.5÷1800 = 0.161 A = 161 mA.
உலோகம் M இன் சார் அணுத் திணிவைக் காண்பதற்கு உருவில் காட்டப்பட்டுள்ள ஒழுங்கமைப்பு பயன்படுத்தப்பட்டது. கலம் A இல் Cu மின்வாய்களும் நீர்த்த CuSO₄(aq) கரைசலும், கலம் B இல் M மின்வாய்களும் நீர்த்த M₂(SO₄)₃(aq) கரைசலும் உள்ளன; இரு கலங்களும் ஒரு மாறா ஓட்டத்துடன் தொடராக இணைக்கப்பட்டு 10 நிமிடத்திற்கு மின்பகுப்புச் செய்யப்பட்டது (நீரின் மின்பகுப்பு நடைபெறுவதில்லை எனக் கொள்க). கலம் A இன் கதோட்டின் திணிவு 31.75 mg ஆலும், கலம் B இன் கதோட்டின் திணிவு 147.60 mg ஆலும் அதிகரித்திருந்தது. (i) A, B ஆகிய கலங்கள் ஒவ்வொன்றிலும் அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்காண்க. (ii) ஒவ்வொரு கலத்திலும் ஒவ்வொரு மின்வாயிலும் நடைபெறும் அரைத் தாக்கத்தை (பௌதீக நிலைகளுடன்) எழுதுக. (iii) மின்பகுப்பில் பயன்படுத்தப்பட்ட மாறா ஓட்டத்தைக் கணிக்க. (iv) உலோகம் M இன் சார் அணுத் திணிவைக் கணிக்க.
(ii) கலம் A இன் Cu மின்வாய்கள் இரண்டும் கரையக்கூடியவை/ படியக்கூடியவை (electrorefining-வகை அமைப்பு) — அனோட்டில் Cu கரைந்து, கதோட்டில் Cu²⁺ மீண்டும் படிகிறது (இதனாலேயே கதோட் திணிவு 31.75mg ஆல் அதிகரிக்கிறது):
கலம் A மின்வாய் 1 (அனோட்): Cu(s) → Cu²⁺(aq) + 2e⁻.
கலம் A மின்வாய் 2 (கதோட்): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s).
இதே தர்க்கம் M மின்வாய்களுக்கும் பொருந்தும் (M₂(SO₄)₃ என்பது M³⁺ என்பதைக் காட்டுகிறது):
கலம் B மின்வாய் 3 (அனோட்): M(s) → M³⁺(aq) + 3e⁻.
கலம் B மின்வாய் 4 (கதோட்): M³⁺(aq) + 3e⁻ → M(s).
(iii) கலம் A இல் கரைந்த/படிந்த Cu(s) = 31.75×10⁻³ g. Cu²⁺ ஒரு அயனுக்கு 2 e⁻ தேவை (z=2):
தேவைப்பட்ட மின்கணியம் Q = z×F×(மோல்கள்) = 2×96500×(31.75×10⁻³÷63.5) = 2×96500×5.0×10⁻⁴ = 96.5 C.
இரு கலங்களும் தொடராக இணைக்கப்பட்டிருப்பதால் இதே மின்கணியமே இரண்டிலும் பாய்கிறது; t=10நிமி=600s:
I = Q÷t = 96.5÷600 = 0.16 A (0.1608A, 0.16A ஆக வட்டமிடப்பட்டது).
(iv) கலம் B இல் இதே மின்கணியம் (I=0.16A எனும் வட்டமிடப்பட்ட பெறுமானத்தைப் பயன்படுத்தி, Q=0.16×600=96 C) பாய்ந்து 147.60×10⁻³ g M படிந்துள்ளது. M³⁺ ஒரு அயனுக்கு 3 e⁻ தேவை (z=3), W = M இன் மோலார் திணிவு எனக் கொள்க:
Q = z×F×(மோல்கள்) ⟹ 96 = 3×96500×(147.60×10⁻³÷W)
W = 3×96500×147.60×10⁻³÷96 = 42730.2÷96 = 445.1 g mol⁻¹.
25°C இல் கீழே காட்டப்பட்ட (1), (2) என்னும் அரைத்தாக்கங்களை அடிப்படையாகக் கொண்டு ஒரு கல்வானி மின்னிரசாயனக் கலம் அமைக்கப்பட்டது: 2H₂O(l)+O₂(g)+4e⁻⇌4OH⁻(aq); E°=0.40V ...(1). 2H₂O(l)+2e⁻⇌H₂(g)+2OH⁻(aq); E°=−0.83V ...(2).
(i) இக்கலத்தின் அனோட்டு அரைத்தாக்கத்தையும் கதோட்டு அரைத்தாக்கத்தையும் இனங்காண்க.
(ii) இக்கலத்தின் ஒட்டுமொத்தச் சமன்படுத்திய கலத் தாக்கத்தை எழுதுக.
(iii) 25°C இல் கலத்தின் E°cell ஐக் கணிக்க.
(iv) கலம் 600s காலத்திற்குத் தொழிற்படுத்தப்பட்டது. இக்காலத்தினூடாக 1.0 mol H₂(g) பயன்படுத்தப்பட்டது. I. கலத்தினூடாகச் சென்ற இலத்திரன்களின் மூல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணிக்க. II. கலம் தொழிற்படும்போது பிறப்பிக்கப்படும் மின்னின் அளவைக் (கூலோமில்) கணிக்க (1F=96500 C mol⁻¹). III. கலத்தினூடு பாய்ந்த மின்னோட்டத்தைக் கணிக்க.
(v) மேற்குறித்த கல்வானி மின்னிரசாயனக் கலத்தில் H₂(g) இற்குப் பதிலாகப் புறோப்பேன் (C₃H₈(g)) பயன்படுத்தப்படுகின்றது. I. இங்கு புறோப்பேன் CO₂(g) ஆகவும் H₂O(l) ஆகவும் மாற்றப்படுகிறதெனக் கொண்டு புறோப்பேன் மின்வாய்க்கு அரைக்கலத் தாக்கத்தை எழுதுக. II. மேலே (I) இற்குத் தரப்பட்ட விடையில் H₂(g) இற்குப் பதிலாகப் புறோப்பேனைப் பயன்படுத்தி ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கத்திற்கான சமன்படுத்திய சமன்பாட்டைப் பெறுக. III. புறோப்பேனைப் பயன்படுத்தும் கலத்தை விட H₂(g) ஐப் பயன்படுத்தும் கலத்தின் ஒரு சுற்றாடல் அனுகூலத்தைக் காரணங்கள் தந்து குறிப்பிடுக.
(ii) (10): Rxn-1 − (2×Rxn-2) (இலத்திரன்கள் சமன்செய்ய Rxn-2 ஐ 2ஆல் பெருக்கி கழிக்க): 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(l).
(iii) (10): E°cell = E°கதோட் − E°அனோட் = 0.40 − (−0.83) = 1.23 V.
(iv) (20): I. 1.0 mol H₂ × (2 mol e⁻/1 mol H₂) = 2.0 mol e⁻. II. Q = 2.0×96500 = 1.93×10⁵ C. III. I = Q/t = 1.93×10⁵÷600 = 321.67 A (அல்லது 322A).
(v) I. (10): C₃H₈(g) + 20OH⁻(aq) → 14H₂O(l) + 3CO₂(g) + 20e⁻.
II. (05): கதோட்டு தாக்கம் (1) ஐ 5ஆல் பெருக்கி (20e⁻ சமன்செய்ய), அனோட்டு தாக்கத்துடன் கூட்டி OH⁻/e⁻ ரத்துச் செய்தால்: C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 4H₂O(l) + 3CO₂(g).
III. (10): H₂(g) பயன்படுத்தும் கலத்தின் அனுகூலம்: C₃H₈ உடனான கலம் CO₂(g) உற்பத்தி செய்யும்; CO₂(g) பூகோள வெப்பமாதலுக்குப் பங்களிப்புச் செய்யும்; H₂(g) உடனான கலத்தின் விளைவு H₂O(l) மட்டுமே (பசுமை இல்ல வாயு உமிழ்வு ஏற்படாது).
ஓர் இரும்புத் தாது X இல் FeO, Fe₂O₃ ஆகியனவும் சடத்துவப் பதார்த்தங்களும் அடங்கியுள்ளன. X இல் உள்ள FeO, Fe₂O₃ ஆகியவற்றின் திணிவுச் சதவீதங்களைத் துணிவதற்குப் பின்வரும் பரிசோதனை நடைமுறைப்படுத்தப்பட்டது: X இன் 0.4800 g திணிவு செறிந்த அமிலத்தின் 10 cm³ இற் கரைக்கப்பட்டது; கரையாத பொருள்களை அகற்றுவதற்கு வடிகட்டப்பட்டு, 50.00 cm³ ஆக ஐதாக்கப்பட்டது. இக்கரைசல் முழுவதும் 0.020 mol dm⁻³ KMnO₄ கரைசலுடன் நியமிப்புச் செய்யப்பட்டது (முடிவுப் புள்ளி வாசிப்பு 20.00 cm³). நியமிப்புக்குப் பின்னர் கிடைத்த முழுக் கரைசலினதும் pH 12 இற்கு உயர்த்தப்பட்டு, உலோக அயன்கள் ஐதரொட்சைட்டுக்களாக வீழ்படியச் செய்யப்பட்டன. வீழ்படிவு வடிகட்டப்பட்டு உலர்த்தப்பட்டது; திணிவு 0.5706 g.
(i) நியமிப்புத் தாக்கத்திற்கும் வீழ்படிவாக்கத் தாக்கங்களுக்குமான சமன்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாடுகளை எழுதுக.
(ii) X இல் உள்ள FeO இனதும் Fe₂O₃ இனதும் திணிவுச் சதவீதங்களைக் கணிக்க (H=1, O=16, Mn=55, Fe=56).
(ii) (63): MnO₄⁻ மூல்கள் = 0.020×0.02000 = 4.0×10⁻⁴ mol (03). nFe²⁺/nMnO₄⁻=5/1 ஆக (03) ⟹ Fe²⁺ = 5×4.0×10⁻⁴ = 2.0×10⁻³ mol (03).
FeO மூலார் திணிவு=72 g mol⁻¹ (02); FeO திணிவு=2.0×10⁻³×72=0.144 g (03); %FeO = 0.144/0.480×100 = 30% (03).
Fe(OH)₃ மற்றும் Mn(OH)₂ இரண்டும் வீழ்படிவில் உள்ளன (04). Fe(OH)₃ மூலார் திணிவு=107 g mol⁻¹ (02); FeO இலிருந்து உருவாகிய Fe(OH)₃ திணிவு = 2.0×10⁻³×107=0.214 g (03). Mn(OH)₂ மூலார் திணிவு=89 g mol⁻¹ (02); நியமிக்கப்பட்ட KMnO₄ விலிருந்து உருவாகிய Mn(OH)₂ திணிவு = 4.0×10⁻⁴×89=0.0356 g (03).
Fe₂O₃ காரணமாக விளைந்த Fe(OH)₃ திணிவு = 0.5706−0.214−0.0356 = 0.321 g (06) ⟹ மூல்கள் = 0.321/107 = 3.0×10⁻³ mol (03).
Fe₂O₃ மூல்கள் = ½×3.0×10⁻³ = 1.5×10⁻³ mol (03); Fe₂O₃ மூலார் திணிவு=160 g mol⁻¹ (02); Fe₂O₃ திணிவு=1.5×10⁻³×160=0.240 g (03); %Fe₂O₃ = 0.240/0.480×100 = 50% (03).
ஒரு டானியல் கலம் முறையே ZnSO₄(aq,1.0mol dm⁻³), CuSO₄(aq,1.0mol dm⁻³) இல் அமிழ்த்தப்பட்ட Zn, Cu கோல்களைக் கொண்டுள்ளது (நுண்துளையினால் வேறாக்கப்பட்ட கரைசல்கள்). ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கம்: Zn(s)+Cu²⁺(aq)→Zn²⁺(aq)+Cu(s).
(i) அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்காண்க. (ii) அனோட்டு அரைத்தாக்கத்தை எழுதுக. (iii) கதோட்டு அரைத்தாக்கத்தை எழுதுக. (iv) கலத்தின் கலக் குறிப்பீட்டைத் தருக. (v) 25°C இல் E°cell ஐக் கணிக்க (E°_Cu²⁺/Cu=0.34V, E°_Zn²⁺/Zn=−0.76V). (vi) 5.0A ஓட்டம் பாயும்போது Cu(s) இன் 3.175g படிதற்குத் தேவையான நேரத்தைக் கணிக்க (Cu=63.5, 1F=96500 C mol⁻¹). (vii) கலத்திலிருந்து ஓர் ஓட்டம் எடுக்கப்படும்போது Zn-கோலைக் கொண்ட கல அறையில் உள்ள கரைசலின் கடத்தாறு எங்ஙனம் மாறும்? காரணங்கள் தந்து விளக்குக. (viii) ஓட்டம் எடுக்கப்படும்போது Cu-கோலைக் கொண்ட கல அறையில் உள்ள கரைசலின் நிறத்தின் செறிவு மாறுகின்றதென அவதானிக்கப்பட்டது. இவ்வவதானிப்பை விளக்குக. (ix) மேலே (v) இல் கணிக்கப்பட்ட மின்னியக்க விசையிலும் உயர்ந்த ஒரு புற வோல்ற்றளவு டானியல் கலத்திற்குப் பிரிதொரு இலத்திரனியல் கலத்திலிருந்து பிரயோகிக்கப்பட்டது. டானியல் கலத்திற்கான ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கத்தை இந்நிபந்தனையின் கீழ் எழுதுக.
(ii) Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻.
(iii) Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s).
(iv) Zn(s) | Zn²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) || Cu²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) | Cu(s).
(v) E°cell = E°கதோட் − E°அனோட் = 0.34−(−0.76) = +1.10 V.
(vi) மோல் Cu = 3.175÷63.5 = 0.05 mol. Cu²⁺+2e⁻→Cu ⟹ மோல் e⁻ = 2×0.05 = 0.1 mol. மின்னின் அளவு Q = 0.1×96500 = 9650 C. நேரம் t = Q/I = 9650÷5.0 = 1930 s (≈32.2 நிமிடங்கள்).
(vii) ஓட்டம் பாயும்போது அனோட்டில் Zn(s)→Zn²⁺(aq)+2e⁻ தொடர்ச்சியாக நடைபெறும், Zn கல அறையில் [Zn²⁺] ஐ அதிகரிக்கும் — கூடுதல் அயன்கள் மின்னோட்டத்தைக் கடத்த உதவுவதால், கரைசலின் கடத்தாறு அதிகரிக்கும். (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கூடுதலாக இக்காரணத்தையும் தருகிறது: மின்மத்தன்மையைச் சமன்செய்ய நுண்துளை வழியாக SO₄²⁻ அயன்களும் Zn கல அறைக்கு இடம்பெயர்வதால், அறையிலுள்ள மொத்த அயன் செறிவு மேலும் அதிகரிக்கின்றது.)
(viii) ஓட்டம் பாயும்போது கதோட்டில் Cu²⁺(aq)+2e⁻→Cu(s) நடைபெறுவதால், Cu கல அறையில் [Cu²⁺] குறையும். Cu²⁺(aq) ஒரு நீல நிறமுள்ள அயன் என்பதால், [Cu²⁺] குறையக் குறைய கரைசலின் நீல நிறத்தின் செறிவு மங்கும் (வெளிறும்).
(ix) தரப்பட்ட E°cell (1.10V) ஐ விட அதிகமான, எதிர்த் துருவமுனைப்புடன் இணைக்கப்பட்ட ஒரு புற மின்னழுத்தம் பிரயோகிக்கப்படும்போது, அது கலத்தின் இயல்பான சுயாதீனத் தாக்கத்தை மேலோங்கி, தலைகீழ் (சுயாதீனமற்ற) தாக்கத்தை கட்டாயப்படுத்தும் — இலத்திரனியல் பகுப்பாய்வு போன்று: Zn²⁺(aq) + Cu(s) → Zn(s) + Cu²⁺(aq) (Cu இப்போது ஒட்சியேற்றமடைந்து புதிய அனோட்டாகவும், Zn²⁺ ஒடுக்கமடைந்து புதிய கதோட்டாகவும் தொழிற்படும்).
✅ 2026-08-19 அன்று உத்தியோகபூர்வ புள்ளியிடும் திட்டத்துடன் ஒப்பிடப்பட்டு முழுமையாக உறுதிசெய்யப்பட்டது — அனைத்து பகுதிகளும் (i-ix) திட்டத்துடன் சரியாகப் பொருந்துகின்றன.
சடத்துவ மின்வாய்களைப் (உதாரணங்கள்: Pt, காரீயம்) பயன்படுத்தி உருகிய MgCl₂(l) ஐ மின்பகுப்புச் செய்வதன் மூலம் Mg உலோகமானது பிரித்தெடுக்கப்படலாம். இதற்குரிய ஓர் எளிதாக்கிய ஒழுங்கமைப்பு: Pt மின்வாய் (Mg(l) உருவாகும் இடம்), காரீய மின்வாய் (Cl₂(g) வெளியேறும் இடம்), இரண்டும் உருகிய MgCl₂(l) இல் அமிழ்த்தப்பட்டு, ஒரு வலு வழங்கலுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளன.
E°Mg²⁺(l)/Mg(s) = −2.37 V. E°H₂O(l)/H₂(g) = −0.63 V.
(i) அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்காண்க. ஒவ்வொரு மின்வாயிலும் நடைபெறும் அரைத்தாக்கத்தை எழுதுக.
(ii) ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கத்தை எழுதுக.
(iii) கலம் தொழிற்படுகையில் புறச் சுற்றில் இலத்திரன் பாய்ச்சல் நடைபெறும் திசையைக் குறிப்பிடுக.
(iv) பின்வருவனவற்றை விளக்குக: I. இப்பிரித்தெடுத்தல் செயன்முறையில் MgCl₂(s) இற்குப் பதிலாக உருகிய MgCl₂(l) பயன்படுத்தப்படுகின்றது. II. இப்பிரித்தெடுத்தல் செயன்முறையில் MgCl₂(aq) கரைசலைப் பயன்படுத்த முடியாது.
(v) இக்கலத்தினூடாக ஓர் 5.37 A ஓட்டத்தை ஒரு மணித்தியாலத்திற்கு அனுப்பி உண்டாகிய Cl₂(g) ஐ வெப்பநிலை 300 K இலும் 1 atm (~1.0×10⁵ Pa) அமுக்கத்திலும் சேகரித்தால், உண்டாகும் Cl₂(g) இன் கனவளவை dm³ இற் கணிக்க. (1 F = 96500 C)
கதோட்டு: Pt(s)|Mg(s)|MgCl₂(l) — அரைத்தாக்கம்: Mg²⁺(l) + 2e⁻ → Mg(s) (ஒடுக்கம்).
(ii) Mg²⁺(l) + 2Cl⁻(l) → Mg(s/l) + Cl₂(g), அல்லது MgCl₂(l) → Mg(s/l) + Cl₂(g).
(iii) புறச்சுற்றில் இலத்திரன்கள் C(காரீயம்,s)|Cl₂(g) அனோட்டிலிருந்து Pt(s)|Mg(s) கதோட்டிற்குப் பாய்கின்றன.
(iv) I. திண்ம அல்லது பளிங்கு MgCl₂(s) அசையக்கூடிய அயன்களைக் கொண்டிருக்காது (அயன்கள் இறுக்கமான படிக லட்டிசில் நிலைத்திருக்கும்) — உருகியநிலையில் மாத்திரமே Mg²⁺(l), Cl⁻(l) சுதந்திரமாக அசைந்து மின்னோட்டத்தைக் கடத்த முடியும்.
II. E°H₂O/H₂(−0.63V) ஆனது E°Mg²⁺/Mg(−2.37V) ஐ விட மிகவும் குறைந்த எதிர்மறையான மதிப்பு — எனவே கதோட்டில் Mg²⁺(aq) இற்குப் பதிலாக நீர்மூலக்கூறுகளே முன்னுரிமையாக H₂(g) இற்குத் தாழ்த்தப்படும் (நீர் Mg²⁺ ஐ விட மிக எளிதாகத் தாழ்த்தப்படுகின்றது), Mg உலோகம் பெறப்படாது.
(v) Q = It = 5.37 A × (60×60 s) = 19300 C.
இலத்திரன்களின் மூல்கள் = 19300/96500 = 0.2 mol.
2 mol இலத்திரன்கள் ≡ 1 mol Cl₂(g) ⟹ உருவான Cl₂(g) இன் மூல்கள் = 0.10 mol.
இலட்சியவாயு நடத்தையைக் கருதி: PV=nRT ⟹ V = nRT/P = (0.10 mol × 8.314 J K⁻¹mol⁻¹ × 300 K) / (1×10⁵ Pa)
V = 249.4×10⁻⁵ m³ = 2.49 dm³.
25°C இல் தாக்கம் 3Cu⁺(aq)+Au³⁺(aq)→3Cu²⁺(aq)+Au(s) இன் மின்னிரசாயன நடத்தை பற்றிக் கற்பதற்குப் பின்வரும் மின்னிரசாயனக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. ஒரு முகவையில் 1.0 mol dm⁻³ Au(NO₃)₃(aq) கரைசலில் அமிழ்த்தப்பட்ட Au(s) மின்வாயும், வேறொரு முகவையில் ஒவ்வொன்றும் 1.0 mol dm⁻³ ஆன CuNO₃(aq), Cu(NO₃)₂(aq) கரைசலிலும் அமிழ்த்தப்பட்ட Pt(s) மின்வாயையும் கொண்டுள்ளது. இரு அரைக் கலங்களும் நிரம்பிய KNO₃(aq) கரைசலினால் நிரப்பப்பட்ட ஓர் உப்புப் பாலத்துடனும் ஒரு வோல்ற்றுமானியுடனும் தொடுக்கப்பட்டுள்ளன.
25°C இல் E°Au³⁺(aq)/Au(s) = 1.50 V, E°Cu²⁺(aq)/Cu⁺(aq) = 0.16 V ஆகும்.
(i) இக்கலத்தின் ஒரு பரும்படிப் படத்தை வரைக. (ii) அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்கண்டு, அவற்றுக்குரிய அரைத்தாக்கங்களை எழுதுக. (iii) நேர் முடிவிடத்தையும் மறை முடிவிடத்தையும் இனங்காண்க. (iv) E°cell ஐக் கணிக்க. (v) கலம் தொழிற்படும்போது Pt(s) மின்வாயின் திணிவு அதிகரிக்குமா, குறையுமா, மாறாதா? விளக்குக. (vi) கலம் தொழிற்படுவதற்கு முன்பும் பின்பும் Au(s)-அரைக் கலத்தில் உள்ள அயன் இனங்களைக் குறிப்பிடுக. (vii) 25°C இல் 30 நிமிடங்களுக்குக் கலம் தொழிற்பட்ட பின்னர் Au(s) மின்வாய் மீது Au(s) இன் 0.197 g படிந்தது. I. படிந்த Au மூல்களின் எண்ணிக்கையைக் கணிக்க (Au=197 g mol⁻¹). II. 30 நிமிடங்களுக்குக் கலத்தினூடாகச் சென்ற ஓட்டம் மாறிலியாக உள்ளதெனக் கொண்டு அந்த ஓட்டத்தை (mA) கணிக்க.
(ii) E° உயர்ந்த ஜோடி கதோட்டாகும் (ஒடுக்கம் நிகழும்): E°(Au³⁺/Au)=1.50V > E°(Cu²⁺/Cu⁺)=0.16V.
கதோட்டு (Au(s) மின்வாய், ஒடுக்கம்): Au³⁺(aq) + 3e⁻ → Au(s).
அனோட்டு (Pt(s) மின்வாய், ஒட்சியேற்றம்): Cu⁺(aq) → Cu²⁺(aq) + e⁻.
(iii) கல்வானிக் கலத்தில் கதோட்டு நேர் (+) முடிவிடமும், அனோட்டு மறை (−) முடிவிடமும் ஆகும் — எனவே Au மின்வாய் = நேர் (+), Pt மின்வாய் = மறை (−).
(iv) E°cell = E°கதோட்டு − E°அனோட்டு = 1.50 − 0.16 = 1.34 V.
(v) Pt ஒரு சடத்துவ (inert) மின்வாய் — அது தாக்கத்தில் பங்குபற்றாது, வெறும் இலத்திரன் கடத்தும் மேற்பரப்பாக மாத்திரம் செயற்படுகின்றது (Cu⁺→Cu²⁺ ஒட்சியேற்றம் கரைசலிலேயே நிகழ்கின்றது). எனவே Pt மின்வாயின் திணிவு மாறாது.
(vi) முன்பு: Au³⁺(aq), NO₃⁻(aq). பின்பு: Au³⁺(aq) (செறிவு குறைந்துள்ளது, Au(s) ஆக ஒடுக்கப்பட்டதால்), NO₃⁻(aq) (மாறாத ஒப்பமை அயன்), மற்றும் உப்புப் பாலத்திலிருந்து பரவிய K⁺(aq) (கதோட்டு அரைக் கலத்தில் நேர் அயன்கள் குறைவதை ஈடுசெய்வதற்காக).
(vii) I. Au(s) மூல்கள் = 0.197g ÷ 197 g mol⁻¹ = 1.0×10⁻³ mol.
II. Au³⁺+3e⁻→Au ⟹ இலத்திரன் மூல்கள் = 3×1.0×10⁻³ = 3.0×10⁻³ mol.
Q = nF = 3.0×10⁻³×96500 = 289.5 C. t=30×60=1800s.
I = Q/t = 289.5/1800 = 0.161 A = 161 mA.
(7(அ) = 75 புள்ளிகள். 7(ஆ) = 75 புள்ளிகள் தொடர்புச் சேர்வைகள் தொடர்பானது, அலகு 6 இல் காணப்படும். 7 மொத்தம் = 150 புள்ளிகள்.)
(i) மின்பகுப்புக் கலத்தினதும் கல்வானிக் கலத்தினதும்
இயல்புகளை ஒப்பிடுவதற்குத் தரப்பட்டுள்ள பதங்களைப் பயன்படுத்திப்
பின்வரும் அட்டவணையை பிரதி செய்து பூரணப்படுத்துக (பதங்கள்:
அனோட்டு, கதோட்டு, நேர், மறை, சுயமான, சுயமற்ற):
A. ஒட்சியேற்ற அரையயன் தாக்கம் நடைபெறுவது; B. தாழ்த்தல் அரையயன்
தாக்கம் நடைபெறுவது; C. E°cell இன் குறி; D. இலத்திரன்
பாய்ச்சல்; E. தாக்கத்தின் சுயவியல்பு (spontaneity).
(ii) கீழே காட்டப்பட்டுள்ளவாறு 300 K இல் ஒரு Zn(s) அனோட்டு,
ஒரு கார நீர் மின்பகுபொருள், வளியில் உள்ள ஒட்சிசன் O₂(g) ஐச்
சேகரிப்பதற்கு உதவும் நுண்துளையுள்ள ஒரு Pt கதோட்டு ஆகியவற்றைப்
பயன்படுத்தி ஒரு மின்னிரசாயனக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. கலம்
தொழிற்படும்போது ZnO(s) உண்டாகின்றது.
E°ZnO(s)|Zn(s)|OH⁻(aq) = −1.31 V; E°O₂(g)|OH⁻(aq)
= +0.34 V; Zn=65 g mol⁻¹, O=16 g mol⁻¹; 1F=96,500 C.
I. அனோட்டிலும் கதோட்டிலும் நடைபெறும் அரைத் தாக்கங்களை
எழுதுக. II. ஒட்டுமொத்தமான கலத் தாக்கத்தை எழுதுக. III. 300 K
இல் கலத்தின் அழுத்தம் E°cell ஐக் கணிக்க. IV.
மின்வாய்களுக்கிடையே OH⁻(aq) அயன்கள் செல்லும் பாதையின்
திசையைக் குறிப்பிடுக. V. 300 K இல் கலம் 800 s நேரத்திற்குத்
தொழிற்படும்போது O₂(g) இன் 2 mol செலவிடப்படுகின்றது: A.
கலத்தினூடாகச் செல்லும் இலத்திரன்களின் மூல்களின் எண்ணிக்கையைக்
கணிக்க. B. உண்டாகும் ZnO(s) இன் திணிவைக் கணிக்க. C.
கலத்தினூடாகச் செல்லும் ஓட்டத்தைக் கணிக்க.
(ii)(I) அனோட்டு: Zn(s)+2OH⁻(aq)→ZnO(s)+H₂O(l)+2e⁻. கதோட்டு: O₂(g)+2H₂O(l)+4e⁻→4OH⁻(aq).
(II) ஒட்டுமொத்தம் (அனோட்டு×2 + கதோட்டு): 2Zn(s)+ O₂(g)→2ZnO(s).
(III) E°cell=E°கதோட்டு− E°அனோட்டு=0.34−(−1.31)=1.65 V.
(IV) OH⁻(aq) அயன்கள் கதோட்டிலிருந்து அனோட்டிற்கு செல்கின்றன (இலத்திரன் பாய்ச்சலுக்கு எதிர்த் திசையில், உள் மின்சுற்றின் மின்னோட்டத்தை நிறைவு செய்ய).
(V.A) 2 mol O₂(g) × (4 mol e⁻/1 mol O₂) = 8 mol இலத்திரன்கள்.
(V.B) 8 mol e⁻ × (2 mol ZnO/4 mol e⁻) = 4 mol ZnO; திணிவு = 4×81 g mol⁻¹ = 324 g (ZnO மூலரத் திணிவு = 65+16=81 g mol⁻¹).
(V.C) I = q/t = (8 mol e⁻×96500 C mol⁻¹)/800 s = 772000/800 = 965 A.
திண்மம் X இல் Cu₂S, CuS ஆகிய மாத்திரம் அடங்கியுள்ளன. X இல்
அடங்கியுள்ள Cu₂S இன் சதவீதத்தைத் துணிவதற்குப் பின்வரும்
நடைமுறை பயன்படுத்தப்பட்டது. X இன் 1.00 g பகுதியானது ஐதான
H₂SO₄ ஊடகத்தில் 0.16 mol dm⁻³ KMnO₄ இன் 100.0 cm³ உடன்
பரிகரிக்கப்பட்டது (இத்தாக்கம் Mn²⁺, Cu²⁺, SO₄²⁻ ஆகியவற்றைத்
தந்தது). பின்னர் இக்கரைசலில் உள்ள மிகையான KMnO₄ ஆனது
0.15 mol dm⁻³ Fe²⁺ கரைசலுடன் நியமிப்புச் செய்யப்பட்டது --
நியமிப்புக்குத் தேவைப்பட்ட கனவளவு 35.00 cm³ ஆகும்.
(i) மேற்குறித்த நடைமுறையில் நடைபெறும் தாக்கங்களுக்குச்
சமன்படுத்திய அயன் சமன்பாடுகளை எழுதுக (Cu₂S, CuS, Fe²⁺
ஒவ்வொன்றும் MnO₄⁻ உடன்).
(ii) மேற்குறிய விடைகளை அடிப்படையாய்க் கொண்டு Cu₂S:MnO₄⁻,
CuS:MnO₄⁻, Fe²⁺:MnO₄⁻ ஆகிய மூலர் விகிதங்களைத் துணிக.
(iii) X இல் Cu₂S இன் சதவீதத்தை நிறைக்கேற்பக் கணிக்க
(Cu=63.5, S=32).
CuS+MnO₄⁻: 5(S²⁻+4H₂O→SO₄²⁻+8H⁺+8e); 8(MnO₄⁻+8H⁺+5e→Mn²⁺+4H₂O): 5CuS+8MnO₄⁻+24H⁺→5CuSO₄+8Mn²⁺+12H₂O.
Fe²⁺+MnO₄⁻: 5Fe²⁺+MnO₄⁻+8H⁺→5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O.
(ii) Cu₂S:MnO₄⁻ = 1:2; CuS:MnO₄⁻ = 5:8; Fe²⁺:MnO₄⁻ = 5:1.
(iii) சேர்க்கப்பட்ட MnO₄⁻ = (0.16/1000)×100.0 = 0.016 mol. மீதி Fe²⁺ உடன் தாக்கிய MnO₄⁻ = (0.15/1000)×35.0×(1/5) = 0.001 mol. Cu₂S,CuS உடன் தாக்கிய MnO₄⁻ = 0.016−0.001 = 0.015 mol.
X இல் Cu₂S, CuS இன் மூல்கள் முறையே n₁, n₂ எனின்:
159n₁ + 95.5n₂ = 1.0 ... (9) (Cu₂S மூலரத் திணிவு=159, CuS மூலரத் திணிவு=95.5)
2n₁ + (8/5)n₂ = 0.015 ... (10) (மூலர் விகிதங்களிலிருந்து)
(9),(10) ஐ ஒருங்கே தீர்க்க: n₁ ≈ 0.0026-0.0027 mol.
Cu₂S திணிவு = n₁×159 ≈ 0.42-0.43 g.
% Cu₂S = (திணிவு/1.0)×100 ≈ 42-43%.
(⚠ உத்தியோகபூர்வ திட்டமே இரு மாற்று முறைகளைத் தருகின்றது, ஒவ்வொன்றும் சற்று வேறுபட்ட இறுதி முழுமையாக்கப்பட்ட பதிலைத் தருகின்றன: மூல்கள் n₁,n₂ முறையில் ஓர் இடைநிலைக் கணிப்பு 2 குறிப்பிடத்தக்க எண்களுக்கு முன்கூட்டியே முழுமையாக்கப்படுகின்றது (317n₁=0.8375 ஐ 0.84 ஆக), இது இறுதியில் 43% ஐத் தருகின்றது; அதே நேரம் திணிவுப் பின்னங்கள் p,q முறையில் (இதே திட்டத்தில் மாற்று முறையாகத் தரப்பட்டுள்ளது) இதே இடைநிலை முழுமையாக்கல் தவிர்க்கப்பட்டு நேரடியாகத் தீர்க்கப்பட்டு 42% ஐத் தருகின்றது. இரு முறைகளும் உத்தியோகபூர்வ ஆவணத்திலேயே இடம்பெற்றுள்ளன -- 42% ஆனது இடைநிலைக் குறுக்கலின்றித் தீர்க்கப்பட்ட, மிகச் சரியான பெறுமானம் என்பதைக் காட்டுகின்றது. இரண்டு பதில்களுமே (42% அல்லது 43%) இப்பிரச்சினையின் இடைநிலைக் குறுக்கல் உணர்திறனைப் பிரதிபலிக்கும் ஏற்கத்தக்க பதில்களாகும்.)
வினா 1 (2000/Ess/06b): 25°C இல் E°[Mg²⁺(aq)|Mg(s)]=−2.37V, E°[Pb²⁺(aq)|Pb(s)]=−0.126V. (i) Pb²⁺(aq)|Pb(s) உம் Mg²⁺(aq)|Mg(s) உம் அடங்கிய மின்னிரசாயனக் கலத்தின் மி.இ.வி ஐக் கணிக்க. (ii) முறைப்படியான குறியீடுகளைப் பயன்படுத்தி இக்கலத்தை எழுதுக. (iii) மின்னோட்டம் பெறப்படும்போது ஆனோட்டிலும் கதோட்டிலும் நடைபெறும் அரைக்கலத் தாக்கங்களை எழுதுக.
வினா 2 (2001/Ess/07a): L,M ஆகிய இரு உலோகங்கள் (2+ கற்றயன்கள் மாத்திரம் தரும்) கருதுக. L துண்டு MSO₄ கரைசலில் வைக்கப்பட்டபோது M படிதலும் L கரைவடைதலும் அவதானிக்கப்பட்டது. நியம மின்வாய் அழுத்தங்கள்: ஒன்று −1.23V, மற்றது −2.12V. (i) அவதானிப்புகளுக்கு அமைந்த சமன்பாட்டை எழுதுக. (ii) ஒட்சியேற்ற/தாழ்த்தல் அரைக்கலத் தாக்கங்களை எழுதுக. (iii) இறக்கத்தின்போது (discharge) நிகர கலத்தாக்கமாக நடைபெறும் இந்நிலையில் நியம குறியீடுகளைப் பயன்படுத்தி கலத்தை எழுதுக. (iv) 25°C இல் இக்கலத்தின் மி.இ.வி ஐக் கணிக்க.
(ii) Mg(s)|Mg²⁺(aq)||Pb²⁺(aq)|Pb(s).
(iii) ஆனோட் (ஒட்சியேற்றம்): Mg(s)→Mg²⁺(aq)+2e⁻. கதோட் (தாழ்த்தல்): Pb²⁺(aq)+2e⁻→Pb(s).
வினா 2(i): L கரைவதும் M படிவதும் அவதானிக்கப்பட்டதால் L அதிக எளிதில் ஒட்சியேற்றமடையும் (குறைந்த E°): L(s)+M²⁺(aq)→L²⁺(aq)+M(s).
(ii) ஒட்சியேற்றம் (L, குறைந்த E°=−2.12V): L(s)→L²⁺(aq)+2e⁻. தாழ்த்தல் (M, அதிக E°=−1.23V): M²⁺(aq)+2e⁻→M(s).
(iii) L(s)|L²⁺(aq)||M²⁺(aq)|M(s).
(iv) மி.இ.வி = E°(M)−E°(L) = −1.23−(−2.12) = +0.89 V.
வினா 2(b) -- Cu மின்பூச்சு: (ii) மின்பகுபொருள் Z ஆக CuSO₄(aq) (செப்பு(II) சல்பேட் கரைசல்) பயன்படுத்தப்படலாம். (iii) கதோட்டில் (எதிர்மின் முனை, Cu படியும் இடம்) ஆரம்பத்தில் நடைபெறும் அரைக்கலத் தாக்கம்: Cu²⁺(aq)+2e⁻→Cu(s). (குறிப்பு: (i) இல் கேட்கப்படும் P/Q இல் எது கதோடு என்பதை உறுதிசெய்ய, படத்தில் காட்டப்பட்டுள்ள மின்கல அடையாளத்தின் நீண்ட/குறுகிய கோடுகளின் திசையை உறுதியாகக் கவனிக்கவும் -- நீண்ட கோடு நேர்முனை/ஆனோடு இணைப்பையும், குறுகிய கோடு எதிர்முனை/கதோடு இணைப்பையும் குறிக்கும் மரபு.)
ஜடமான நீர்ச் சடத்துவ மின்வாய்களைப் பயன்படுத்தி CuCl₂ கரைசலை மின்பகுப்புக்கு உள்ளாக்கியபோது, கொள்கையளவில் சாத்தியமான எல்லா அரைத்தாக்கங்களுக்கும் சமன்படுத்திய சமன்பாட்டை எழுதுக. ஒவ்வொரு அரைத்தாக்கமும் கதோட்டிலா அனோட்டிலா நடைபெறுகின்றதென்பதைத் தெரிவிக்க.
Cu²⁺(aq)+2e⁻→Cu(s) E°=+0.34V
2H₂O(l)+2e⁻→H₂(g)+2OH⁻(aq) E°=−0.83V
Cu²⁺ இன் E° மிக அதிகமாக (நேர்மறையாக) இருப்பதால், Cu²⁺+2e⁻→Cu(s) கதோட்டில் முன்னுரிமையாக நடைபெறும் (Cu உலோகம் படியும்).
ஆனோட்டில் சாத்தியமான ஒட்சியேற்ற தாக்கங்கள்:
2Cl⁻(aq)→Cl₂(g)+2e⁻ E°=+1.36V
2H₂O(l)→O₂(g)+4H⁺(aq)+4e⁻ E°=+1.23V
நியம மின்வாய் அழுத்தங்களின்படி நீர் ஒட்சியேற்றமடைவது சற்று எளிதாகத் தோன்றினாலும், O₂ வெளியேற்றத்திற்கான அதிக மிகைமின்னழுத்தம் (overpotential) காரணமாக, செறிந்த குளோரைட்டுக் கரைசல்களில் நடைமுறையில் 2Cl⁻→Cl₂+2e⁻ ஆனோட்டில் முன்னுரிமையாக நடைபெறும் (Cl₂ வாயு வெளியேறும்).
(அ)(i) சிறிதளவு Na₂SO₄ அடங்கிய 0.100 mol dm⁻³ CuSO₄ கரைசல் 100 cm³ ஆனது இரு சத்தமான ஒவ்வொன்றும் 10.0 g திணிவுள்ள கொப்பர் (Cu) மின்வாய்களை உபயோகித்து மின்பகுப்புச் செய்யப்பட்டது. இப்பரிசோதனையில் 300 mA மின் 9.65 நிமிடங்களுக்குச் செலுத்தப்பட்டது. (A) கதோட்டின் திணிவு (B) அனோட்டின் திணிவு (C) கரைசலின் Cu²⁺ அயன்களின் செறிவு -- ஆகியவற்றைக் கணிக்க. (Cu=63.5, 1mol இலத்திரன்களின் ஏற்றம் 96500C)
(ii) மேலே (i) இல் விவரித்த பரிசோதனையின் முடிவில் மின்பகுபொருளின் கரைசலுக்கு 100 cm³ நீர் சேர்க்கப்பட்டு, மீண்டும் 300 mA மின் 9.65 நிமிடங்களுக்குச் செலுத்தி மின்பகுப்புச் செய்யப்பட்டால் -- (A),(B),(C) ஆகியவற்றை உய்த்தறிக.
(iii) Pb²⁺, Cu²⁺ ஆகியவற்றைக் கொண்டிருக்கும் கரைசலொன்றிலிருந்து Pb²⁺ அயனை மாத்திரம் இறக்குவதற்கு (discharge) மின்பகுப்பு ஒரு சிறந்த முறையாகுமா? உமது விடைக்குரிய காரணத்தைத் தருக. (E°[Cu²⁺/Cu]=+0.34V; E°[Pb²⁺/Pb]=−0.13V)
இரு மின்வாய்களும் Cu ஆகையால், இது ஒரு மின் திருத்தம் (electrorefining) அமைப்பு: கதோட்டில் Cu²⁺+2e⁻→Cu (படிதல்), அனோட்டில் Cu→Cu²⁺+2e⁻ (கரைதல்).
மூல் Cu (ஒரு மின்வாயில்) = 1.80×10⁻³/2 = 9.0×10⁻⁴ mol. திணிவு = 9.0×10⁻⁴×63.5 = 0.0572 g.
(A) கதோட் திணிவு அதிகரிப்பு = +0.0572 g. (B) அனோட் திணிவு குறைப்பு = −0.0572 g (சமமான அளவு).
(C) Cu²⁺ செறிவு மாறாது (0.100 mol dm⁻³) -- ஏனெனில் கதோட்டில் நுகரப்படும் Cu²⁺ அளவும் அனோட்டில் உற்பத்தியாகும் Cu²⁺ அளவும் சமமானவை (இரு மின்வாய்களும் ஒரே உலோகமாகையால்).
(ii) நீர் சேர்த்ததால் கனவளவு இரட்டிப்பாகியும், மின்வாய்கள் இன்னும் Cu ஆகவே இருப்பதால் அதே இரசாயனம் நடைபெறும்: (A) கதோட் அதிகரிப்பு = +0.0572 g (முன்பு போலவே, மின்னூட்டம் மாறாததால்). (B) அனோட் குறைப்பு = −0.0572 g (அதேபோல்).
(C) Cu²⁺ செறிவு = நீர்த்தலால் 0.100×(100/200) = 0.0500 mol dm⁻³ ஆகக் குறைந்திருக்கும் (மின்பகுப்பே இதை மேலும் மாற்றாது, ஏனெனில் நுகர்வும் உற்பத்தியும் சமமானவை).
(iii) இல்லை, சிறந்த முறையல்ல -- Cu²⁺ இன் E° (+0.34V) Pb²⁺ இன் E° (−0.13V) ஐ விட அதிகமாக (நேர்மறையாக) இருப்பதால், Cu²⁺ முன்னுரிமையாகக் கதோட்டில் தாழ்த்தப்பட்டு படியும் -- Pb²⁺ க்கு முன்னரே. எனவே இம்முறையில் Pb²⁺ ஐ மாத்திரம் தெரிவாக இறக்க முடியாது; Cu²⁺ தான் முதலில் வெளியேறும்.
A ஆனது AgCl இன் நிரம்பிய நீர்க்கரைசலும், B ஆனது AgCl இனால் நிரம்பலாக்கப்பட்ட 0.1 mol dm⁻³ NaCl இன் நீர்க்கரைசலுமாகும் (Ag=107.0, Cl=35.5). 25°C இல் AgCl இன் Ksp=1×10⁻¹⁰ mol²dm⁻⁶. (i) A,B கரைசல்களில் ஒவ்வொன்றிலும் உள்ள Ag⁺ இன் செறிவையும் (mg dm⁻³) AgCl இன் கரைதிறனையும் (mg dm⁻³) கணிக்க. (ii) A அல்லது B ஐ உபயோகித்து ஒரு சிறிய செப்பு வளையத்தை Ag இனால் மின்முலாமிடுவதற்கான பரிசோதனை ஒழுங்கு ஒன்றின் குறியிடப்பட்ட வரைபடத்தை வரைக; அனோட்டு/கதோட்டையும், பயன்படுத்தப்பட்ட உலோகங்களையும் பெயரிடுக.
(iii) KCN கரைசலில் கரைக்கப்பட்ட வெள்ளி உப்பு: [Ag(CN)₂]⁻(aq)⇌Ag⁺(aq)+2CN⁻(aq). Ag இனால் வர்த்தக முறையிலான மின்முலாமிடுதலுக்கு, வெள்ளி உப்பு ஒன்றினுடைய KCN இலான கரைசல் அதே செறிவுடைய நீர்க்கரைசலிலும் பார்க்கக் கூடிய பொருத்தமானதாக இருப்பது ஏனெனில் விளக்குக.
(iv) சேதனத் தாழ்த்தும் கருவிகளுக்கான டோலன்ஸ் வெள்ளி ஆடி பரிசோதனையின்போது ஒட்சியேற்றும் கருவியாக அமோனியாசேர் AgNO₃ கரைசலை உபயோகிப்பது ஏனென விளக்குக.
(v) செப்பு வளையம் ஒன்று 0.15A மாறா மின்னோட்டத்தில் 40 நிமிடங்களுக்கு வெள்ளிமூலாமிடப்பட்டது. வளையத்தின் திணிவு அதிகரிப்பைக் கணிக்க. (Ag=107.9, F=96,540 C mol⁻¹)
(vi) Ag/Ag⁺ மின்வாய் ஒன்றினுடைய மின்வாயழுத்தம் மின்பகுபொருளிலுள்ள Ag⁺(நீ) இனது செறிவு கூடும்போது கூடி நேர்ப் பெறுமானமாகின்றது. A,B ஆகிய இரு கரைசல்களையும் இரு வெள்ளிக் கோல்களையும் உப்புப்பாலம் ஒன்றையும் மாத்திரம் கூறுகளாக உபயோகித்து ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தை வரைக; அனோட்டு/கதோட்டைத் தெளிவாகக் காட்டுக.
கரைசல் B (0.1 mol dm⁻³ NaCl இல்): பொது அயன் விளைவு -- [Cl⁻]≈0.1 mol dm⁻³ (NaCl ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்தப்படும்). [Ag⁺]=Ksp/[Cl⁻]=1×10⁻¹⁰/0.1=1×10⁻⁹ mol dm⁻³ = 1.07×10⁻⁷g=1.07×10⁻⁴ mg dm⁻³. AgCl கரைதிறன் = 1×10⁻⁹×142.5=1.425×10⁻⁴ mg dm⁻³ (B இல் A ஐ விட 1000 மடங்கு குறைவு -- பொது அயன் அடக்கம்).
(ii) கரைசல் A (அதிக [Ag⁺]) பயன்படுத்துவது நடைமுறையில் மிகவும் பொருத்தமானது (B இல் [Ag⁺] மிகக் குறைவு, மின்முலாமிடல் மிக மெதுவாக இருக்கும்). செப்பு வளையத்தை எதிர்முனை (கதோட்டு) ஆகவும், தூய வெள்ளிக் கோலை நேர்முனை (அனோட்டு) ஆகவும் இணைக்க வேண்டும் -- கதோட்டில் Ag⁺+e⁻→Ag (வளையத்தில் படியும்), அனோட்டில் Ag→Ag⁺+e⁻ (கரைசலின் Ag⁺ செறிவை நிலையாக வைத்திருக்கும்).
(iii) தூய நீர்க்கரைசலில் [Ag⁺] அதிகமாக இருக்கும் (முழுமையாகப் பிரிகையடையும்), இது வேகமான, சீரற்ற/கரடுமுரடான படிதலுக்கு வழிவகுக்கும். KCN சிக்கலாக்கத்தில், [Ag(CN)₂]⁻⇌Ag⁺+2CN⁻ இன் சமநிலைமாறிலி மிகச் சிறியது (சிக்கல் மிக நிலைப்புத்தன்மையானது) -- இது இலவச Ag⁺ இன் செறிவை மிகக் குறைவாக, கட்டுப்படுத்தப்பட்ட முறையில் வெளியிடுகிறது, மொத்த வெள்ளிச் செறிவு அதேயாக இருந்தும். இக்கட்டுப்படுத்தப்பட்ட, மெதுவான Ag⁺ வெளியீடு மேலும் சீரான, மென்மையான, நுண்ணிய-துகள் மின்முலாம் படிவை உருவாக்குகிறது.
(iv) தூய நீர்க்கரைசல் AgNO₃ உபயோகித்தால் Ag⁺ கட்டுப்படுத்தப்படாமல் வேகமாகத் தாழ்த்தப்பட்டு கருமையான, ஒட்டாத படிவைத் தரும். அமோனியாசேர் AgNO₃ இல் [Ag(NH₃)₂]⁺ சிக்கல் உருவாகி, மேற்கூறிய (iii) இன் அதே கொள்கையால் Ag⁺ ஐ கட்டுப்படுத்தப்பட்ட, மிதமான வீதத்தில் வெளியிடுகிறது -- இது ஆல்டிஹைட்டுடன் சீராகத் தாழ்த்தப்பட்டு, குழாய்ச் சுவரில் ஒட்டிக்கொள்ளும் மென்மையான, தெளிவான வெள்ளி ஆடியை உருவாக்குகிறது.
(v) Q=It=0.15×(40×60)=360 C. மூல் e⁻=360/96540=3.729×10⁻³ mol. Ag⁺+e⁻→Ag (1:1) ⟹ மூல் Ag=3.729×10⁻³ mol. திணிவு=3.729×10⁻³×107.9=0.402 g.
(vi) நேர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின்படி, அதிக [Ag⁺] கொண்ட கரைசல் (A) அதிக (நேர்மறையான) மின்வாய் அழுத்தத்தைக் கொண்டிருக்கும் -- அதுவே கதோட்டாகும் (Ag⁺+e⁻→Ag, தாழ்த்தல்). குறைந்த [Ag⁺] கொண்ட கரைசல் (B) அனோட்டாகும் (Ag→Ag⁺+e⁻, ஒட்சியேற்றம், B இல் Ag⁺ செறிவை அதிகரிக்க முயலும்). இது ஒரு செறிவுக் கலம் (concentration cell) -- நிகர கலத்தாக்கம் இரு பக்கங்களிலும் [Ag⁺] சமமாகும் வரை Ag ஐ B இலிருந்து A க்கு மாற்றுவதே.
சாதாரண நீரில் மூழ்கிய இரு Fe மின்வாய்கள் (A,B) ஒரு உப்புப்பாலம் மூலம் இணைக்கப்பட்டு, ஒரு வோல்ட்மீற்றர் வழியாக வெளி மின்சுற்று ஒன்றால் இணைக்கப்பட்டுள்ளன. மின்வாய் A இற்குள் N₂ வாயு தொடர்ச்சியாகச் செலுத்தப்படுகின்றது (ஒட்சிசனை அகற்ற); மின்வாய் B இற்குள் காற்று தொடர்ச்சியாகச் செலுத்தப்படுகின்றது (ஒட்சிசன் நிறைந்தது). (i) எந்த மின்வாய் கதோட்டு ஆகும்? (ii) எந்த மின்வாய் எதிர் ஒட்சியேற்றமுடையது (ஆனோட்டு) ஆகும்? (iii) A இல் நடைபெறும் கலத்தாக்கத்தைச் சமப்படுத்திய சமன்பாட்டுடன் எழுதுக. (iv) B இல் நடைபெறும் கலத்தாக்கத்தைச் சமப்படுத்திய சமன்பாட்டுடன் எழுதுக. (v) முழுக் கலத்தாக்கத்தைச் சமப்படுத்திய சமன்பாட்டுடன் எழுதுக. (vi) (iii),(iv) இல் தரப்பட்ட அயனிகள் ஒவ்வொன்றும் உண்டாவதைக் காட்டுவதற்கு ஒவ்வொரு இரசாயனச் சோதனையையும் தருக. (vii) (v) இல் தரப்பட்ட கலத்தாக்கம், பொதுவான இயற்கை முறை ஒன்றின்போது நடைபெறுகின்றது -- இம்முறையைப் பெயரிடுக.
(ii) A (N₂ ஆல் ஒட்சிசன் அகற்றப்பட்டது) ஆனோட்டாகும் -- அங்கு ஒட்சிசன் தாழ்த்தல் நிகழ முடியாததால், Fe தானே ஒட்சியேற்றமடைந்து இலத்திரன்களை வழங்கும்.
(iii) A இல் (ஒட்சியேற்றம்): 2Fe(s) → 2Fe²⁺(aq) + 4e⁻.
(iv) B இல் (தாழ்த்தல்): 2H₂O(l) + O₂(g) + 4e⁻ → 4OH⁻(aq).
(v) மொத்தம்: 2Fe(s) + 2H₂O(l) + O₂(g) → 2Fe²⁺(aq) + 4OH⁻(aq) (Fe²⁺+2OH⁻→Fe(OH)₂↓ எனத் தொடர்ந்து, துருவின் முதற்படி).
(vi) Fe²⁺ சோதனை: பொட்டாசியம் பெரிசயனைட் K₃[Fe(CN)₆] கரைசல் சேர்க்க -- ஆழ்ந்த நீல நிற வீழ்படிவு (Turnbull's blue) தரும். OH⁻ சோதனை: பீனொல்ப்தலீன் சேர்க்க -- B (கதோட்டு) பகுதியில் இளஞ்சிவப்பு நிறமாக மாறும் (காரத்தன்மை).
(vii) இது வேறுபட்ட காற்றோட்டரிக்கும் அரிப்பு (differential aeration corrosion) எனப்படும் இயற்கை முறை -- இரும்புத் தொகுதியில் ஒட்சிசன் குறைவான பகுதிகள் (எ.கா. நீர்த்துளியின் அடியில்) ஆனோட்டாகவும், ஒட்சிசன் அதிகமான பகுதிகள் கதோட்டாகவும் செயற்பட்டு, குறைந்த ஒட்சிசன் உள்ள பகுதிகளில் துருப்பிடித்தல் அதிகரிக்கக் காரணமாகின்றது.
0.10 mol dm⁻³ KI உடன் தயாரிக்கப்பட்ட நீர்க்கரைசலொன்றிற்கு பீனொல்ப்தலீனின் சில துளிகள் சேர்க்கப்பட்டன. இக்கரைசல் நன்றாகக் கலக்கப்பட்டு, அதன் பின்பு காபன் மின்வாய்களை உபயோகித்து, நேரத்தின் குறிப்பிட்ட காலப்பகுதிக்கு மின்னாற் பகுக்கப்பட்டது. (i) மின்பகுத்தலின் முன்பு கரைசலின் நிறம் எதுவாக இருந்தது? (ii) I அனோட்டுத் தாக்கம் II கதோட்டுத் தாக்கம் III கலத் தாக்கம் ஆகியவற்றிற்குச் சமப்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாடுகளை எழுதுக. (iii) மின்பகுத்தல் தொடங்கிய போது மின்வாய்களைச் சுற்றி ஏற்படும் நிற மாற்றங்களைச் சுட்டிக் காட்டுக. (iv) மின்பகுத்தலின் முடிவில் மீதமாகவுள்ள I⁻ அயன்களின் பின்னத்தைத் துணிவதற்கான முறை ஒன்றை முன்மொழிக. (பரிசோதனை விபரங்கள் அவசியமில்லை)
(v) 0.10 mol dm⁻³ KI இற்குப் பதிலாக 0.50 mol dm⁻³ KI ஐ உபயோகித்திருப்பின் மீதமாகவுள்ள I⁻ இன் பின்னம் (iv) இல் பெறப்பட்ட பொருமானத்திலிருந்து வித்தியாசமாக இருக்குமா? உமது விடையைச் சுருக்கமாக விளக்குக.
(ii) I. அனோட்டு: 2I⁻(aq) → I₂(aq) + 2e⁻ (I⁻ காபன் மின்வாயில் நீரை விட மிக எளிதில் ஒட்சியேற்றமடையும்).
II. கதோட்டு: 2H₂O(l) + 2e⁻ → H₂(g) + 2OH⁻(aq) (K⁺ ஐ விட நீர் மிக எளிதில் தாழ்த்தப்படும்).
III. கலத் தாக்கம்: 2KI(aq) + 2H₂O(l) → I₂(aq) + H₂(g) + 2KOH(aq).
(iii) அனோட்டைச் சுற்றி: I₂ உருவாகி (I⁻ உடன் I₃⁻ சிக்கலாக்கம் மூலம்) பழுப்பு/மஞ்சள்-பழுப்பு நிறம் தோன்றும். கதோட்டைச் சுற்றி: OH⁻ உருவாகி, பீனொல்ப்தலீன் இளஞ்சிவப்பாக மாறும் (காரத்தன்மை).
(iv) கரைசலின் ஒரு மாதிரிக்கு AgNO₃ கரைசலைச் சேர்க்க -- I⁻ இருப்பின் மஞ்சள் நிற AgI வீழ்படிவு தோன்றும் (AgI நீரிலும் நீர்த்த HNO₃ இலும் கரையாது, இது I⁻ ஐ உறுதிசெய்யும் ஒரு தெளிவான சோதனை).
(v) இல்லை, முறை வேறுபடாது -- AgNO₃/AgI வீழ்படிவுச் சோதனை ஒரு தரமான (qualitative) சோதனை, செறிவைப் பொறுத்தது அல்ல -- I⁻ இருந்தால் மாத்திரம் (எந்த அளவிலும்) வீழ்படிவு தோன்றும். (குறிப்பு: அதிக ஆரம்பச் செறிவில் [0.50] மீதமான I⁻ இன் முழு அளவும் அதிகமாக இருக்கும், ஆனால் கண்டறியும் முறை மாறாது.)
கலம் A: Mg கோல் MgCl₂(aq, 1.0 mol dm⁻³) இலும், Cu கோல் CuSO₄(aq, 1.0 mol dm⁻³) இலும், உப்புப்பாலம் மூலம் இணைக்கப்பட்டவை. 25°C இல் E°[Mg²⁺/Mg]=−2.37V, E°[Cu²⁺/Cu]=+0.34V. (i) கலம் A இன் மி.இ.வி ஐக் கணிக்க. (ii) 1.0 mol dm⁻³ MgCl₂ இற்குப் பதிலாக 1.0 mol dm⁻³ MgSO₄ பயன்படுத்தினால் கல மி.இ.வி மாறுமா? சுருக்கமாக விளக்குக. (iii) உப்புப்பாலத்தின் தொழிற்பாடு யாது? உதாரணம் ஒன்று தருக. (iv),(v) கலம் A இல் உள்ள இரு மின்வாய்களும் ஒரு Cu கம்பியினால் நேரடியாகத் தொடுத்திருக்கும் சந்தர்ப்பம் கருதுக. (iv) எந்த மின்வாய் கதோட்டாகச் செயற்படுகின்றது? (v) (I) கதோட்டுத் தாக்கம் (II) அனோட்டுத் தாக்கம் (III) ஒட்டுமொத்தக் கலத் தாக்கம் ஆகியவற்றுக்குச் சமன்பாடுகளை எழுதுக.
(ii) இல்லை, மாறாது -- Mg²⁺/Mg மின்வாய் அழுத்தம் [Mg²⁺] ஐ மாத்திரம் சார்ந்தது (இரண்டிலும் 1.0 mol dm⁻³ சமமே); எதிர் அயன் (Cl⁻ அல்லது SO₄²⁻) Mg²⁺/Mg அரைக்கல தாக்கத்தில் நேரடியாகப் பங்கேற்காது.
(iii) உப்புப்பாலம் இரு அரைக்கலங்களுக்கிடையே மின்னியல் நடுநிலைமையைப் பேணுகின்றது -- அயன்கள் இடம்பெயர்ந்து மின்சுற்றை நிறைவு செய்யும், இரு கரைசல்களும் நேரடியாகக் கலவாது. உதாரணம்: நிரம்பிய KCl கரைசல் (அகார் ஜெல்லுடன்).
(iv) Cu மின்வாய் கதோட்டு -- வெளிச்சுற்று கம்பியின் பொருள் (Cu) மின்வாய்களின் நியம மின்வாய் அழுத்தங்களை மாற்றாது, அதே தர்க்கம் தொடரும்.
(v) (I) கதோட்டு: Cu²⁺(aq)+2e⁻→Cu(s). (II) ஆனோட்டு: Mg(s)→Mg²⁺(aq)+2e⁻. (III) ஒட்டுமொத்தம்: Mg(s)+Cu²⁺(aq)→Mg²⁺(aq)+Cu(s).
(i) ஒரு மக்னீசியம் மின்வாயை அதன் நியம நிலையில் பரும்படியாக வரைக. எல்லாப் பகுதிகளையும் பெயரிடுக.
(ii) ஒரு மின்வாயின் தனி அழுத்தத்தை ஏன் அளக்க முடியாது என்பதைச் சுருக்கமாக விளக்குக.
(ii) மின்வாய் அழுத்தத்தை அளக்க எப்போதும் இரண்டு மின்வாய்களை (ஒரு முழுமையான கலத்தை) இணைக்க வேண்டும் -- ஒரு தனி மின்வாயின் "தனி அழுத்தத்தை" அளக்க முடியாது, ஏனெனில் அளவீடு எப்போதும் இரு மின்வாய்களுக்கிடையேயான அழுத்த வேறுபாட்டையே (மி.இ.வி) தருகின்றது. இதனாலேயே நியம ஐதரசன் மின்வாய் (SHE) க்கு தன்னிச்சையாக E°=0V எனக் குறிக்கப்பட்டு, ஏனைய எல்லா மின்வாய் அழுத்தங்களும் அதற்கு ஒப்பீட்டளவில் அளக்கப்படுகின்றன.
L,M,N எனும் மூன்று உலோகக் கோல்களும் L²⁺,M²⁺,N²⁺ (ஒவ்வொன்றும் 1.0 mol dm⁻³) எனும் மூன்று கரைசல்களும் தரப்பட்டுள்ளன. N ஐ M²⁺ கரைசலில் அமிழ்த்தும்போது M²⁺ ஆனது M ஆகத் தாழ்த்தப்படும், ஆனால் N ஐ L²⁺ கரைசலில் அமிழ்த்தும்போது L²⁺ ஆனது L ஆகத் தாழ்த்தப்படமாட்டாது.
(i) காரணங்களுடன், L,M,N ஆகிய மூன்று உலோகங்களையும் அவற்றின் தாழ்த்தும் ஆற்றல் அதிகரிக்கும் வரிசையில் ஒழுங்குபடுத்துக.
(ii) L²⁺(aq)/L(s) மின்வாயையும் மற்றைய இரு மின்வாய்களில் ஒவ்வொன்றையும் பயன்படுத்தி தயாரிக்கப்பட்ட இரு மின்னிரசாயனக் கலங்களின் மின்னியக்க விசைகள் +0.30V, +1.10V ஆகும். E°(L²⁺(aq)/L(s))=−0.80V எனத் தரப்பட்டுள்ளது. E°(M²⁺(aq)/M(s)), E°(N²⁺(aq)/N(s)) ஆகியவற்றைக் கணிக்க.
(iii) L,N இடையே ஓர் அழுத்தமானி (P) இணைக்கப்பட்ட 4-மின்வாய் அணி (A:L²⁺/L; B,C: M²⁺/M இரு தனி மின்வாய்கள் உப்புப் பாலங்களால் இணைக்கப்பட்டவை; D:N²⁺/N) தரப்பட்டுள்ளது. I. அழுத்தமானியின் வாசிப்பைக் கணிக்க. II. அழுத்தமானியை அகற்றி L,N ஐ ஒரு கடத்தியால் இணைக்கும்போது A,B,C,D ஒவ்வொன்றிலும் நிகழும் மின்வாய்த் தாக்கங்களை எழுதுக.
(ii) L மிகக் குறைந்த E° கொண்டிருப்பதால் (இரு கலங்களிலும் அனோட்டு): L-M கலம் அதிக EMF (+1.10V, M உயர் E° கொண்டதால்); L-N கலம் குறைந்த EMF (+0.30V).
E°(M²⁺/M)−E°(L²⁺/L)=1.10 ⟹ E°(M²⁺/M)=1.10−0.80=+0.30V.
E°(N²⁺/N)−E°(L²⁺/L)=0.30 ⟹ E°(N²⁺/N)=0.30−0.80=−0.50V.
(iii) I. P வாசிப்பு = E°(கலம்1)+E°(கலம்2) = [E°(M²⁺/M)−E°(L²⁺/L)]+[E°(N²⁺/N)−E°(M²⁺/M)] = E°(N²⁺/N)−E°(L²⁺/L) = −0.50−(−0.80) = +0.30V.
II. மின்வாய் A: L(s)→L²⁺(aq)+2e (ஒட்சியேற்றம், அனோட்டு). மின்வாய் B: M²⁺(aq)+2e→M(s) (தாழ்த்தல்). மின்வாய் C: M(s)→M²⁺(aq)+2e (ஒட்சியேற்றம் -- B,C இரு தனி M²⁺/M மின்வாய்கள் என்பதால் இணைந்த 2-கல அணியில் ஒரு தொடர் மின்னோட்டத்தை ஏற்படுத்துகின்றன). மின்வாய் D: N²⁺(aq)+2e→N(s) (தாழ்த்தல், கதோட்டு).
(i) I. Ag(s)|AgCl(s)|Cl⁻(aq) என்னும் மின்வாய்க்கு உரிய தாழ்த்தல் அரைத் தாக்கத்தை எழுதுக. II. Ag(s)|AgCl(s)|Cl⁻(aq) இன் மின்வாய் அழுத்தமானது கரைசலில் உள்ள Ag⁺ இன் செறிவில் தங்கியுள்ளதா என்பதைக் குறிப்பிடுக; உமது விடையை விளக்குக.
(ii) Fe(s)+2H⁺(aq)+½O₂(g)→Fe²⁺(aq)+H₂O(l) எனும் தாக்கத்தைக் கருதுக. I. மேற்குறித்த தாக்கத்திற்கு உரிய ஒட்சியேற்ற, தாழ்த்தல் அரைத் தாக்கங்களை எழுதுக. II. மேற்குறித்த தாக்கம் ஒரு மின்னிரசாயனக் கலத்தின் கலத் தாக்கமெனக் கருதி, அக்கலத்தின் நியம மின்னியக்க விசையைத் துணிக. (E°(Fe²⁺(aq)/Fe(s))=−0.44V; E°(O₂(g)/H₂O(l))=+1.23V)
(iii) உருவில் காட்டியவாறு 100.0 cm³, 0.10 mol dm⁻³ CaBr₂ நீர்க் கரைசலூடாக 100 mA என்னும் ஒரு மாறா ஓட்டம் செலுத்தப்பட்டது (Pt மின்வாய்கள்); தொகுதியின் வெப்பநிலை 25°C இல் பேணப்பட்டது. I. மின்வாய்களில் நடைபெறும் ஒட்சியேற்ற, தாழ்த்தல் அரைத் தாக்கங்களை எழுதுக. II. Ca(OH)₂(s) வீழ்படிவாக ஆரம்பிப்பதற்கு எடுக்கும் நேரத்தைக் கணிக்க. (Ca(OH)₂ இன் கரைதிறன் பெருக்கம் Ksp=1.0×10⁻⁵ mol³dm⁻⁹, 25°C இல்; கரைசலின் கனவளவு மாறிலியாக இருப்பதாகக் கொள்க.)
II. இல்லை -- Ag⁺(aq) மின்வாய் தாக்கத்தில் நேரடியாகப் பிரசன்னமாகவில்லை (அரை அயன் தாக்கம் AgCl(s)/Cl⁻(aq) ஐ மாத்திரமே உள்ளடக்கியது, Ag⁺(aq) ஐ அல்ல).
(ii) I. Fe(s)→Fe²⁺(aq)+2e (ஒட்சியேற்ற அரை அயன் தாக்கம்); ½O₂(g)+2H⁺(aq)+2e→H₂O(l) (தாழ்த்தல் அரை அயன் தாக்கம்).
II. நியமக் கல அழுத்தம் = E°(கதோட்டு)−E°(அனோட்டு) = 1.23V−(−0.44V) = 1.67V.
(iii) I. ஒட்சியேற்ற அரைத் தாக்கம் (நேர்மின்வாய்): 2Br⁻(aq)→Br₂(g)+2e (அல்லது Br₂(l)). தாழ்த்தல் அரைத் தாக்கம் (எதிர்மின்வாய்): 2H₂O(l)+2e→H₂(g)+2OH⁻(aq).
II. Ca(OH)₂(s) வீழ்படிவாக ஆரம்பிப்பதற்குத் தேவையான [OH⁻]: Ksp=[Ca²⁺][OH⁻]² ⟹ [OH⁻]=√(Ksp/[Ca²⁺])=√(1.0×10⁻⁵/0.1)=1.0×10⁻² mol dm⁻³.
இச்செறிவை அடைய தேவையான OH⁻ மூல்கள்: nOH⁻=1.0×10⁻²×100×10⁻³=1.0×10⁻³ mol.
தேவையான மின்னூட்டம்: Q=1.0×10⁻³×96500=96.5 C.
100 mA மின்னோட்டம் பாயும்போது இந்த Q ஐ அடையத் தேவையான நேரம்: t=96.5/(100×10⁻³)=965 s ≈ 16.08 min.
Ag(s),AgCl(s)|Cl⁻(aq) (E°=0.22V) மற்றும் Hg(l),Hg₂Cl₂(s)|Cl⁻(aq) (E°=0.27V, "கலோமல் மின்முனை") ஆகிய இரு மேற்கோள் மின்முனைகளும் பொதுவான 1.0 mol dm⁻³ KCl கரைசலில் இணைந்த ஒரு மின்வேதிக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. (F=96500 C mol⁻¹, Cl=35.5, Ag=108)
(i) ஒட்சியேற்ற அரைத்தாக்கத்தை எழுதுக. (ii) ஒடுக்க அரைத்தாக்கத்தை எழுதுக. (iii) கலத் தாக்கத்தைக் கட்டியெழுப்புக. (iv) கலத்தின் நிலைமான மின்னியக்க விசையைக் கணிக்க. (v) கலத்தின் கலக் குறியீட்டைத் தருக. (vi) கலத்தின் மின்னியக்க விசை கலத்தாக்கத்தின் நிகழ்திசையால் ஏன் பாதிக்கப்படுவதில்லை எனக் காரணம் தருக. (vii) கலத்திலிருந்து 0.10A ஓட்டமொன்று 60 நிமிடங்களுக்குப் பெறப்படும்போது Ag(s)+AgCl(s) இணைந்த திணிவில் ஏற்படும் மாற்றத்தைக் கணிக்க. (viii) மேற்படி (vii) இல் ஓட்டம் பெற்றுக்கொண்ட பின்னர் கரைசலில் குளோரைட்டு அயன் செறிவு எவ்வளவாக இருக்கும்?
(i) ஒட்சியேற்றல் அரைத்தாக்கம்: Ag(s)+Cl⁻(aq) → AgCl(s)+e.
(ii) ஒடுக்கல் அரைத்தாக்கம்: Hg₂Cl₂(s)+2e → 2Hg(l)+2Cl⁻(aq).
(iii) கலத் தாக்கம்: Hg₂Cl₂(s)+2Ag(s) → 2AgCl(s)+2Hg(l).
(iv) E°கலம் = E°(Hg/Hg₂Cl₂) − E°(Ag/AgCl) = 0.27−0.22 = 0.05V.
(v) கலக் குறியீடு: Ag(s)|AgCl(s)|Cl⁻(aq,1.0mol dm⁻³)|Hg₂Cl₂(s)|Hg(l).
(vi) இரு மின்முனைகளும் ஒரே பொதுவான Cl⁻ கரைசலில் மூழ்கியுள்ளன -- இரு அரைத்தாக்கங்களினதும் Nernst சமன்பாடுகளில் தோன்றும் [Cl⁻] உறுப்புகள் ஒரே பெறுமானமாக இருப்பதால் கழிக்கும்போது ரத்தாகின்றன -- எனவே கலத்தின் EMF ஆனது E° பெறுமானங்களை மாத்திரம் பொறுத்தது, Cl⁻ செறிவை/திசையை அல்ல.
(vii) Q = It = 0.10A × 3600s = 360 C.
ஒவ்வொரு ஏற்றமும் செலுத்தப்படும்போது, Ag ஆனது Cl⁻ உடன் இணைந்து AgCl(s) உருவாக்குகின்றது -- Ag ஏற்கனவே திண்ம மின்முனையின் ஒரு பகுதியாக இருந்ததால், "Ag(s)+AgCl(s)" இணைந்த திண்மத்தொகுதியின் நிகர திணிவு அதிகரிப்பு = சேர்க்கப்படும் Cl இன் திணிவு மாத்திரம் (முழு AgCl சூத்திர திணிவு அல்ல).
திணிவு அதிகரிப்பு = M(Cl) × Q/F = 35.5 g mol⁻¹ × 360C/96500 C mol⁻¹ = 0.132 g அதிகரிப்பு.
(viii) குளோரைட்டு அயன் செறிவு மாறாது (1.0 mol dm⁻³ ஆகவே தொடரும்) -- எதிர்மின்முனையில் நுகரப்படும் ஒவ்வொரு Cl⁻ இற்கும், கற்றோடத்தில் Hg₂Cl₂ ஒடுக்கம் மூலம் சமமான Cl⁻ மீள் வெளியிடப்படுகின்றது -- நிகர மாற்றம் இல்லை.
53. 🟢 2016/P1/Q19 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25°C இல், M(s) + 3Ag⁺(aq) → 3Ag(s) + M³⁺(aq), E°cell = 2.46 V. Ag⁺(aq)+e→Ag(s), E°=0.80V. 25°C இல் M³⁺(aq)+3e→M(s) அரைத்தாக்கத்தின் நிலைமான ஒடுக்கல் மின்னழுத்தம் யாது?
(1) 3.26 V (2) −1.66 V (3) −0.06 V (4) 0.06 V (5) 1.66 V
விடை: (2).
தரப்பட்ட மொத்த வினையில் Ag⁺ ஒடுக்கம் (கற்றோடம்), M ஒட்சியேற்றம் (எதிர்மின்முனை).
E°cell = E°(Ag⁺/Ag) − E°(M³⁺/M) ⟹ 2.46 = 0.80 − E°(M³⁺/M) ⟹ E°(M³⁺/M) = 0.80−2.46 = −1.66 V.
எனவே (1).
54. 🟢 2016/P1/Q28 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Zn²⁺(aq)/Zn(s) மற்றும் Sn²⁺(aq)/Sn(s) மின்முனைகளைக் கொண்ட ஒரு மின்வேதிக் கலம் அமைக்கப்பட்டது. (E°Zn²⁺/Zn=−0.76V, E°Sn²⁺/Sn=−0.14V). கலத்தின் இயக்கத்தைச் சரியாக விபரிக்கும் கூற்று எது?
(1) Zn மின்முனை கற்றோடம், Sn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Sn இலிருந்து Zn இற்குப் பாய்கின்றன.
(2) Sn மின்முனை எதிர்மின்முனை, Zn²⁺(aq) ஒடுக்கமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Zn இலிருந்து Sn இற்குப் பாய்கின்றன.
(3) Zn மின்முனை எதிர்மின்முனை, Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Zn இலிருந்து Sn இற்குப் பாய்கின்றன.
(4) Zn மின்முனை எதிர்மின்முனை, Sn²⁺(aq) ஒடுக்கமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Sn இலிருந்து Zn இற்குப் பாய்கின்றன. (5) Zn மின்முனை கற்றோடம், Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Sn இலிருந்து Zn இற்குப் பாய்கின்றன.
விடை: (3).
Sn²⁺/Sn இன் E° (−0.14V) Zn²⁺/Zn இன் E° (−0.76V) ஐ விட அதிகம் (குறைவான எதிர்மறை) -- Sn²⁺ எளிதில் ஒடுக்கமடையும் ⟹ Sn கற்றோடம் (ஒடுக்கம்), Zn எதிர்மின்முனை (ஒட்சியேற்றம்: Zn→Zn²⁺+2e).
இலத்திரன்கள் எதிர்மின்முனையிலிருந்து (Zn) கற்றோடத்திற்கு (Sn) வெளிச்சுற்றின் ஊடாகப் பாய்கின்றன.
எனவே (4) -- Zn எதிர்மின்முனை, Zn ஒட்சியேற்றமடைகின்றது, இலத்திரன்கள் Zn இலிருந்து Sn இற்குப் பாய்கின்றன.
கீழே தரப்பட்டுள்ள 6 கரைசல்களிலிருந்து (ஒவ்வொன்றும் ஒரு தடவை மாத்திரம் பயன்படுத்தவேண்டும்): Na₂S₂O₃(aq), AgNO₃(aq), K₂SO₄(aq), (NH₄)₂CO₃(aq), BaCl₂(aq), KI(aq) -- பொருத்தமான ஒன்றைத் தெரிவுசெய்து, கீழே தரப்பட்ட ஒவ்வொரு தாக்கத்துடனும் இணைத்து வீழ்படிவுகள் A-F ஐ உருவாக்குக:
I. BaCl₂(aq) + ? → A (வீழ்படிவு நீர்த்த HCl இல் கரைந்து தெளிந்த கரைசலைத் தரும், வெண்நிறம்)
II. Pb(NO₃)₂(aq) + ? → B (மஞ்சள் நிற வீழ்படிவு, சூடான நீரில் கரையும்)
III. AgNO₃(aq) + ? → C (வெண்நிற வீழ்படிவு, தாமதிக்கும்போது கருமையாக மாறும்)
IV. K₂SO₃(aq) + ? → D (வெண்நிற வீழ்படிவு, நீர்த்த HCl இல் கரையும்)
V. NaBr(aq) + ? → E (வெளிரிய மஞ்சள் நிற வீழ்படிவு, செறிந்த அமோனியாவில் முற்றாகக் கரையும்)
VI. Ba(NO₃)₂(aq) + ? → F (வெண்நிற வீழ்படிவு, நீர்த்த HCl இல் கரையாது)
(i) I-VI க்கான காணாத கரைசல்களை நிரப்புக.
(ii) A-F இன் இரசாயன வாய்ப்பாடுகளை எழுதுக.
(iii) A, D, E ஆகியவற்றின் கரைதலுக்கான சமன்படுத்தப்பட்ட சமன்பாடுகளை எழுதுக.
(iii) A: BaCO₃ + 2HCl → BaCl₂ + H₂O + CO₂.
D: BaSO₃ + 2HCl → BaCl₂ + H₂O + SO₂.
E: AgBr + 2NH₃ → [Ag(NH₃)₂]Br (அல்லது [Ag(NH₃)₂]⁺ + Br⁻).
(a) சேர்வை A (A=MXₙ; M=3d தொகுப்பைச் சேர்ந்த ஒரு தான்டல் மூலகம், X=ஒரே வகையைச் சேர்ந்த இணைப்புகள்) மிகை நீர்த்த NaOH உடனும் பின்னர் H₂O₂ உடனும் வினைபுரியும்போது B ஐத் தருகிறது. B இன் நீர்க்கரைசலொன்றை நீர்த்த H₂SO₄ இனால் அமிலமாக்கும்போது C ஐத் தருகிறது. C ஆனது NH₄Cl உடன் தாக்கம்புரிந்து D ஐத் தருகிறது. திண்ம D ஐ வெப்பமாக்கும்போது நீலநிற E, நீராவி, சடத்துவ இருகூட்டு வாயு F ஐத் தருகிறது. Ca உலோகத்தை F இல் எரிக்கும்போது வெண்நிற திண்மம் G ஐத் தருகிறது. G நீருடன் வினைபுரியும்போது வாயு H வெளிப்படுகிறது (HCl வாயுவுடன் வெண் தூமத்தை உருவாக்கும்). திரவ H உடன் Na தாக்கம்புரிந்து நிறமற்ற இருகூட்டு வாயு I ஐத் தருகிறது. A இன் நீர்க்கரைசல் மிகை Na₂CO₃ உடன் தாக்கும்போது நிறமுள்ள வீழ்படிவு உருவாகிறது; வடிநீரை நீர்த்த HNO₃ இனால் அமிலமாக்கி AgNO₃(aq) சேர்த்தால் நீர்த்த NH₄OH இல் கரையும் வெண் வீழ்படிவு கிடைக்கிறது.
(i) A-I ஆகியவற்றை இனங்காண்க.
(ii) C அடங்கும் கரைசலொன்று NaOH இனால் பிரகிரியை புரியும்போது ஏற்படும் அவதானிப்பையும் அதற்குப் பொருத்தமான சமன்படுத்தப்பட்ட இரசாயனச் சமன்பாட்டையும் தருக.
(b) அகராதி T என்னும் கரைசலில் மூன்று உலோக அயன்கள் உள்ளன. T நீர்த்த HCl இனால் அமிலமாக்கப்பட்டு, தெளிவான கரைசலூடாக H₂S அனுப்பப்பட்டதில் கருறிற வீழ்படிவு Q₁ கிடைத்தது; Q₁ வடிகட்டப்பட்டு வடிநீர் கொதிக்கவைத்து NH₄Cl/NH₄OH சேர்த்து H₂S மீண்டும் அனுப்பியதில் கருறிற வீழ்படிவு Q₂ கிடைத்தது; Q₂ வடிகட்டப்பட்டு வடிநீர் கொதிக்கவைத்து (NH₄)₂CO₃ சேர்த்ததில் வெண்நிற வீழ்படிவு Q₃ கிடைத்தது.
(i) T இலுள்ள மூன்று உலோக அயன்களையும் இனங்காண்க (காரணங்கள் அவசியமில்லை).
(ii) Q₁,Q₂,Q₃ இன் இரசாயன வாய்ப்பாடுகளை எழுதுக.
(c) மிகை 8-ஐதராக்சிகுயினொலீன் (ஆக்சின், C₉H₇ON) pH=5 இல் உள்ள 25.0cm³ கரைசல் U க்கு Al³⁺ ஐ Al(C₉H₆ON)₃ ஆகவீழ்படிவாக்கச் சேர்க்கப்பட்டது. வீழ்படிவு வடிகட்டி, கழுவி, மிகை KBr அடங்கிய வெதுப்பான நீர்த்த HCl இல் கரைக்கப்பட்டது; பின்னர் 25.0cm³, 0.025mol dm⁻³ KBrO₃ சேர்க்கப்பட்டது. மிகை Br₂ KI உடன் தாக்கி I₃⁻ ஐத் தந்தது; இது 0.05mol dm⁻³ Na₂S₂O₃ உடன் ஸ்டார்ச் காட்டியுடன் நியமிக்கப்பட்டது (முடிவுப்புள்ளிக்கு 15.00cm³ தேவைப்பட்டது). U இலுள்ள Al³⁺ இன் செறிவை mg dm⁻³ இல் கணிக்க (Al=27).
(Cr³⁺→CrO₄²⁻ ஒட்சியேற்றம் NaOH/H₂O₂ இனால்; CrO₄²⁻→Cr₂O₇²⁻ H₂SO₄ அமிலமாக்கலால்; Cr₂O₇²⁻+2NH₄⁺→(NH₄)₂Cr₂O₇↓; (NH₄)₂Cr₂O₇→(Δ)→Cr₂O₃+4H₂O+N₂; 3Ca+N₂→Ca₃N₂; Ca₃N₂+6H₂O→3Ca(OH)₂+2NH₃; 2Na+2NH₃(l)→2NaNH₂+H₂. A இல் Cl⁻ இருப்பது AgNO₃/NH₄OH சோதனை மூலம் உறுதிசெய்யப்படுகிறது.)
(ii) ஆரஞ்சு நிற C (Na₂Cr₂O₇) கரைசல் NaOH சேர்க்கும்போது மஞ்சளாக மாறும் (dichromate→chromate). Cr₂O₇²⁻ + 2OH⁻ → 2CrO₄²⁻ + H₂O (அல்லது Cr₂O₇²⁻+OH⁻→2CrO₄²⁻+H⁺).
(b)(i) T இலுள்ள மூன்று உலோக அயன்கள்: Cu²⁺, Ni²⁺, Ba²⁺.
(ii) Q₁ = CuS (அமில ஊடகத்தில் H₂S வீழ்படிவு, கருறிற). Q₂ = NiS (கார ஊடகத்தில் NH₄Cl/NH₄OH முன்னிலையில் H₂S வீழ்படிவு, கருறிற). Q₃ = BaCO₃ (கார்பனேற்றுக் குழு வீழ்படிவு, வெண்நிற).
(c) I₃⁻+2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+3I⁻; Br₂+2I⁻→I₂+2Br⁻. mol S₂O₃²⁻=0.05×15.0/1000=7.5×10⁻⁴mol → மிகை (தாக்கமுறாத) Br₂ mol = ½×7.5×10⁻⁴=3.75×10⁻⁴mol. mol BrO₃⁻=0.025×25.0/1000=6.25×10⁻⁴mol; BrO₃⁻+5Br⁻+6H⁺→3Br₂+3H₂O ஆதலால் மொத்த உற்பத்தியான Br₂=3×6.25×10⁻⁴=18.75×10⁻⁴mol. ஆக்சினுடன் தாக்கமுற்ற Br₂ = 18.75×10⁻⁴−3.75×10⁻⁴=15×10⁻⁴mol. ஆக்சின்+2Br₂→dibromo-ஆக்சின்+2HBr ஆதலால் mol ஆக்சின்=½×15×10⁻⁴=7.5×10⁻⁴mol. Al³⁺+3ஆக்சின்→Al(ஆக்சினேற்று)₃ ஆதலால் mol Al³⁺=⅓×7.5×10⁻⁴=2.5×10⁻⁴mol. [Al³⁺]=(2.5×10⁻⁴/25.0)×1000=0.01mol dm⁻³ = 0.27g dm⁻³ = 270 mg dm⁻³.
(a) X,Y,Z ஆகியன ஒருங்கிணைப்புச் சேர்வைகள். இவை நாற்கோணக் கேத்திரகணிதத்தைக் கொண்டுள்ளன. X,Y,Z இன் ஒருங்கிணைப்புக் கோளத்திலுள்ள (உலோக அயனும் அதனுடன் இணைந்துள்ள இணைப்புகளும்) அணு அமைப்பு முறையே FeH₁₀CNO₅S, FeH₈C₂N₂O₄S₂, FeH₆C₃N₃O₃S₃ ஆகும். மூன்று சேர்வைகளிலும் உலோக அயனின் ஒட்சியேற்ற நிலை ஒரே ஒன்றாகும். ஒவ்வொரு சேர்வையிலும் இரு வகையான இணைப்புகள் உலோக அயனுடன் இணைந்திருக்கின்றன. இச்சேர்வைகளில் ஒருங்கிணைக்கப்படாத எதிரயன்கள் இருப்பின், அவை ஒரே வகையானதாகும்.
நீர்க்கரைசல் S இல் X,Y,Z 1:1:1 என்னும் மோல் விகிதத்தில் உள்ளன. S இலுள்ள ஒவ்வொரு சேர்வையினதும் செறிவு 0.10 mol dm⁻³ ஆகும். 100.0 cm³ S க்கு மிகை AgNO₃ கரைசல் சேர்க்கப்பட்டபோது, மஞ்சள் நிற வீழ்படிவு உருவானது. வீழ்படிவு நீரால் கழுவி, மாறாத நிறையளவு பெறும்வரை ஓவனில் காயவைக்கப்பட்டது. வீழ்படிவின் நிறை 7.05 g ஆகும். இவ்வீழ்படிவு செறிந்த NH₄OH இல் கரையாது. (மஞ்சள் வீழ்படிவிலுள்ள இரசாயனச் சேர்வையின் சார் மூலக்கூற்று நிறை = 235)
(i) X,Y,Z இல் உலோக அயன்களுடன் இணைந்துள்ள இணைப்புகளை இனங்காண்க.
(ii) மஞ்சள் வீழ்படிவின் இரசாயன வாய்ப்பாட்டை எழுதுக.
(iii) காரணங்களுடன், X,Y,Z இன் கட்டமைப்புகளைத் தீர்மானிக்க.
(iv) எதிலீன்டையமைன் (en) இன் கட்டமைப்பு H₂N-CH₂-CH₂-NH₂ ஆகும். Q என்னும் நாற்கோணக் கேத்திரகணிதம் கொண்ட வளாக அயனை (i.e. உலோக அயனும் அதனுடன் இணைந்துள்ள இணைப்புகளும்) உருவாக்க, எதிலீன்டையமைன் இரு N அணுக்கள் மூலம் M³⁺ உலோக அயனுடன் இணைகிறது. Q இன் கட்டமைப்புச் சூத்திரத்தை எழுதி அதன் கட்டமைப்பை வரைக.
(b) பின்வருவனவற்றைப் பயன்படுத்தி: Al(NO₃)₃, Cu(NO₃)₂, Fe(NO₃)₂ ஆகியவற்றின் 1.0 mol dm⁻³ நீர்க்கரைசல்கள்; Al, Cu, Fe உலோகக் கோல்கள்; உப்புப் பாலங்களுக்குரிய இரசாயனப் பொருட்கள்; கடத்தும் கம்பிகள், குவளைகள். (E°(Fe²⁺/Fe)=-0.44V, E°(Al³⁺/Al)=-1.66V, E°(Cu²⁺/Cu)=+0.34V)
(i) மேலே தரப்பட்ட பொருட்களைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கக்கூடிய மூன்று மின்வேதியியல் கலங்களையும் வரைந்து, ஒவ்வொன்றிலும் அனோட்டு/கதோட்டையும் அவற்றின் குறிகளுடன் காட்டுக.
(ii) ஒவ்வொரு கலத்திற்கும்: I. கலக் குறியீட்டைத் தருக. II. E°cell ஐக் கணிக்க. III. மின்வாய் தாக்கங்களுக்கான சமன்படுத்தப்பட்ட இரசாயனச் சமன்பாடுகளைத் தருக.
(iii) NaOH, NaNO₃, அசற்றிக் அமிலம் ஆகியவற்றுள் எவை/எது உப்புப் பாலங்களில் பயன்படுத்த பொருத்தமானது எனக் காரணங்களுடன் விளக்குக.
(iv) ஆரம்பத்தில் மிக உயர்ந்த E°cell ஐக் காட்டும் மின்வேதியியல் கலத்தைக் கருதுக. இக்கலம் ஒவ்வொரு அறையிலும் பொருத்தமான கரைசல்களின் சம கனவளவுகளைப் பயன்படுத்தி அமைக்கப்பட்டுள்ளது எனவும் அவற்றின் கனவளவுகள் பரிசோதனையின்போது மாறாது எனவும் கொள்க. இக்கலத்தின் இரு மின்வாய்களும் ஒரு கடத்தும் கம்பியைப் பயன்படுத்தி இணைக்கப்பட்டு, தொடக்கத்தில் அறையிலுள்ள உலோக அயன்களின் செறிவு C mol dm⁻³ என அறியப்பட்டது. கதோட்டு அறையிலுள்ள உலோக அயன்களின் செறிவை C சார்பாக எடுத்துரைக்க.
(ii) மஞ்சள் வீழ்படிவு = AgI (RMM = 108+127 = 235, தரப்பட்ட 235 உடன் துல்லியமாகப் பொருந்துகிறது; NH₄OH இல் கரையாமை AgI க்குப் பொருந்தும் -- AgCl/AgBr போலன்றி).
(iii) Fe இன் ஒட்சியேற்ற நிலை +3 எனக் கொண்டால்: X=[Fe(H₂O)₅(SCN)]²⁺ (ஏற்றம் = +3+0-1=+2, சமன்செய்ய 2 I⁻ தேவை), Y=[Fe(H₂O)₄(SCN)₂]⁺ (ஏற்றம்=+1, 1 I⁻ தேவை), Z=[Fe(H₂O)₃(SCN)₃] (ஏற்றம்=0, I⁻ தேவையில்லை). (Fe இன் ஒட்சியேற்ற நிலை +2 எனக் கொண்டால் ஏற்றங்கள் +1,0,-1 ஆகும் -- Z இல் ஒரு எதிர்மறை ஏற்றம் ஏற்பட்டு நேர்எதிரயன் தேவைப்படும், இது கொடுக்கப்பட்ட நிபந்தனைகளுடன் முரண்படும், எனவே +3 மாத்திரமே சரியானது.)
கட்டமைப்புச் சூத்திரங்கள்: X = [Fe(H₂O)₅(SCN)]I₂. Y = [Fe(H₂O)₄(SCN)₂]I. Z = [Fe(H₂O)₃(SCN)₃] (I இல்லை).
சரிபார்ப்பு: 100cm³ இல் ஒவ்வொரு சேர்வையினதும் mol = 0.10×0.100 = 0.01mol. மொத்த I⁻ = 2(0.01)+1(0.01)+0(0.01) = 0.03mol. AgI நிறை = 0.03mol×235g/mol = 7.05g -- தரப்பட்ட நிறையுடன் துல்லியமாகப் பொருந்துகிறது, இக்கட்டமைப்புகளை உறுதிப்படுத்துகிறது.
(iv) Q = [M(en)₃]³⁺ -- மூன்று இருபல் (bidentate) en இணைப்புகள் M³⁺ ஐச் சுற்றி நாற்கோண வடிவில் (ஒவ்வொரு en உம் 2 N அணுக்கள் மூலம் இணைந்து, மொத்தம் 6 N-M பிணைப்புகள்) அமைந்துள்ள ஒரு "tris-chelate" வளாகம்.
(b)(i)-(iii) மூன்று கலங்கள்: கலம் A (Al-Fe): Al(s)|Al³⁺(aq,1.0M)||Fe²⁺(aq,1.0M)|Fe(s), அனோட்டு=Al(-), கதோட்டு=Fe(+). கலம் B (Al-Cu): Al(s)|Al³⁺(aq,1.0M)||Cu²⁺(aq,1.0M)|Cu(s), அனோட்டு=Al(-), கதோட்டு=Cu(+). கலம் C (Fe-Cu): Fe(s)|Fe²⁺(aq,1.0M)||Cu²⁺(aq,1.0M)|Cu(s), அனோட்டு=Fe(-), கதோட்டு=Cu(+).
E°cell = E°கதோட்டு - E°அனோட்டு: கலம் A: -0.44-(-1.66) = 1.22V. கலம் B: +0.34-(-1.66) = 2.00V. கலம் C: +0.34-(-0.44) = 0.78V.
மின்வாய்த் தாக்கங்கள்: கலம் A: Al(s)⇌Al³⁺(aq)+3e (அனோட்டு); Fe²⁺(aq)+2e⇌Fe(s) (கதோட்டு). கலம் B: Al(s)⇌Al³⁺(aq)+3e; Cu²⁺(aq)+2e⇌Cu(s). கலம் C: Fe(s)⇌Fe²⁺(aq)+2e; Cu²⁺(aq)+2e⇌Cu(s).
உப்புப் பாலம் தெரிவு: NaOH -- பொருத்தமில்லை (உலோக ஐதரொட்சைட்டுகளை வீழ்படிவாக்கக்கூடும்). NaNO₃ -- பொருத்தமானது (Na⁺, NO₃⁻ இரண்டும் ஒப்பீட்டளவில் ஒத்த அயன் கடத்துதிறன்களைக் கொண்டவை, மின்வாய் வினைகளுடன் தொடர்பு கொள்ளாது). அசற்றிக் அமிலம் -- பொருத்தமில்லை (மென் மின்பகுப்பான், குறைந்த அயனாக்கம், குறைந்த கடத்துதிறன்).
(iv) மிக உயர்ந்த ஆரம்ப E°cell = கலம் B (2.00V, Al-Cu). தாக்கம்: 2Al(s)+3Cu²⁺(aq)→2Al³⁺(aq)+3Cu(s). ஆரம்பத்தில் இரு அறைகளிலும் 1.0mol dm⁻³; V=ஒவ்வொரு அறையினதும் கனவளவு. நேரம் t இல் அனோட்டு அறையில் [Al³⁺]=1+2x/V=C (தரப்பட்டது). இதிலிருந்து x/V=(C-1)/2. கதோட்டு அறையில் [Cu²⁺]=1-3x/V=1-3(C-1)/2 = (5-3C)/2 mol dm⁻³.
55. 🟢 2015/P1/Q12 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
3d பரிமாற்ற மூலகங்களால் உருவாக்கப்படும் வளாகங்களின் நிறங்கள் தொடர்பாகப் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எது பொய்யானது?
(1) [Co(NH₃)₆]²⁺ மஞ்சள்-பழுப்பு நிறமுடையது.
(2) [CrCl₄]⁻ நீல-ஊதா நிறமுடையது. (3) [Ni(NH₃)₆]²⁺ கரு நீல நிறமுடையது. (4) [CuCl₄]²⁻ வெளிரிய நீல நிறமுடையது.
(5) [NiCl₄]²⁻ மஞ்சள் நிறமுடையது
விடை: (4).
(2) பொய் -- நாற்கோண [CuCl₄]²⁻ உண்மையில் மஞ்சள்/பச்சை நிறமுடையது, வெளிரிய நீலமல்ல. வெளிரிய நீல நிறம் Cu²⁺ இன் நீரேற்றிய வளாகமான [Cu(H₂O)₆]²⁺ க்குரியது, Cl⁻ இணைப்புகளுடன் கூடிய நாற்கோண வளாகத்திற்கு அல்ல -- வெவ்வேறு இணைப்பு வலிமையும் கேத்திரகணிதமும் d-d மாற்றச் சக்தியை மாற்றி, முற்றிலும் வேறுபட்ட நிறத்தை உருவாக்குகின்றன.
(1),(3),(4),(5) அனைத்தும் அறியப்பட்ட 3d வளாக நிறங்களுடன் ஒத்துப்போகின்றன -- [NiCl₄]²⁻ குறிப்பாக ஒரு பிரபலமான மஞ்சள்/ஒலிவ்-நிற நாற்கோண வளாகம்.
56. 🟢 2015/P1/Q19 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Ag(s)/AgCl(s), KCl(aq)//Ag⁺(aq)/Ag(s) என்னும் மின்வேதியியல் கலத்தின் அறை வெப்பநிலையிலான மின்னழுத்தமும் கலத் தாக்கமும் முறையே (E°(AgCl(s)/Ag(s))=+0.22V, E°(Ag⁺(aq)/Ag(s))=+0.78V):
(1) +1.0V, AgCl(s)+e→Ag(s)+Cl⁻(aq) (2) -0.56V, Ag⁺(aq)+e→Ag(s)
(3) -1.0V, Ag⁺(aq)+Cl⁻(aq)→AgCl(s) (4) +0.22V, AgCl(s)→Ag⁺(aq)+Cl⁻(aq) (5) +0.56V, Ag⁺(aq)+Cl⁻(aq)→AgCl(s)
விடை: (5).
கலக் குறியீட்டில் இடப்பக்கம் (LHS)=Ag(s)/AgCl(s),KCl(aq) [அனோட்டு], வலப்பக்கம் (RHS)=Ag⁺(aq)/Ag(s) [கதோட்டு].
E°cell = E°கதோட்டு - E°அனோட்டு = 0.78 - 0.22 = +0.56V.
கதோட்டு (குறைப்பு): Ag⁺(aq)+e→Ag(s). அனோட்டு (ஒட்சியேற்றம், நேர்மாறு): Ag(s)+Cl⁻(aq)→AgCl(s)+e.
மொத்த கலத் தாக்கம் (இரண்டையும் கூட்ட, e ரத்து செய்ய): Ag⁺(aq)+Cl⁻(aq)→AgCl(s).
57. 🟢 2015/P1/Q28 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Cd(s)/Cd²⁺(aq), Zn(s)/Zn²⁺(aq) மின்வாய்களைக் கொண்ட ஒரு கல்வானிக் கலம் தொடர்பாகப் பின்வரும் கூற்றுகளுள் எது தவறானது? (E°(Zn²⁺/Zn)=-0.76V, E°(Cd²⁺/Cd)=-0.40V)
(1) கலம் இயங்கும்போது Zn மின்வாயில் குறைப்பு நிகழ்கிறது. (2) கலம் இயங்கும்போது Cd²⁺(aq) இன் செறிவு குறைவடைகிறது.
(3) கலம் இயங்கும்போது Zn²⁺(aq) இன் செறிவு அதிகரிக்கிறது. (4) Zn மின்வாய் அனோட்டாகும். (5) வெளிச் சுற்று வழியாக இணைக்கப்படும்போது, இலத்திரன்கள் Zn மின்வாயிலிருந்து Cd மின்வாய்க்குப் பாய்கின்றன.
விடை: (1).
E°(Zn²⁺/Zn)=-0.76V ஆனது E°(Cd²⁺/Cd)=-0.40V ஐ விட மிகவும் எதிர்மறையானது என்பதால், Zn எளிதாக ஒட்சியேற்றமடைகிறது -- Zn அனோட்டு (ஒட்சியேற்றம்), Cd கதோட்டு (குறைப்பு).
(1) சரி. (2) சரி (இலத்திரன்கள் அனோட்டிலிருந்து கதோட்டுக்குப் பாயும்). (3) தவறு -- Zn அனோட்டில் ஒட்சியேற்றம் நிகழ்கிறது, குறைப்பு அல்ல (குறைப்பு Cd கதோட்டில் நிகழும்). (4) சரி (Cd²⁺ கதோட்டில் Cd ஆகக் குறைக்கப்பட்டு கரைசலிலிருந்து நுகரப்படுகிறது). (5) சரி (Zn அனோட்டில் ஒட்சியேற்றப்பட்டு Zn²⁺ ஆக கரைசலில் சேர்கிறது).
கலவை X இல் KClO₃, KCl, நீரில் கரையும் ஓர் மந்த (inert) பொருள் ஆகியன அடங்கியுள்ளன. 1.100g X ஐ 250cm³ ஆகும்வரை நீரில் கரைத்து நீர்த்தாக்கப்பட்டது (கரைசல் Y). Y இன் 25.00cm³ பகுதி SO₂(g) உடன் பரிகரிக்கப்பட்டு ClO₃⁻ ஐ Cl⁻ ஆகக் குறைத்தது; மிகை SO₂ கொதிக்கவைத்து அகற்றப்பட்டது; மொத்த Cl⁻ AgCl ஆக AgNO₃ மூலம் வீழ்படியச் செய்யப்பட்டது (திணிவு 0.135g).
Y இன் மற்றொரு 25.00cm³ பகுதி அமில ஊடகத்தில் 0.20 mol dm⁻³ Fe(II) கரைசலின் 30.00cm³ உடன் வெப்பமாக்கப்பட்டது. தாக்கமடையாத Fe(II) ஐ ஒட்சியேற்றுவதற்குத் தேவைப்பட்ட 0.02 mol dm⁻³ KMnO₄ இன் கனவளவு 20.00cm³ ஆகும். (ClO₃⁻+Fe(II) தாக்கம்: H⁺+ClO₃⁻+Fe²⁺→Cl⁻+Fe³⁺+H₂O, சமன்செய்யப்படவில்லை). X இல் அடங்கியுள்ள KClO₃, KCl இன் திணிவுக்கேற்ப சதவீதத்தை வெவ்வேறாகக் கணிக்க. (O=16, Cl=35.5, K=39, Ag=108)
சேர்க்கப்பட்ட Fe²⁺=0.2×30/1000=6×10⁻³mol. ClO₃⁻ உடன் தாக்கிய Fe²⁺=6×10⁻³-2×10⁻³=4×10⁻³mol.
சமன்படுத்தப்பட்ட சமன்பாடு: 6Fe²⁺+ClO₃⁻+6H⁺→6Fe³⁺+Cl⁻+3H₂O. mol ClO₃⁻ (25cm³ இல்) = 4×10⁻³/6 = 6.67×10⁻⁴mol.
இதற்குரிய Cl⁻(ClO₃⁻ இலிருந்து குறைக்கப்பட்டது) க்குரிய AgCl திணிவு = 6.67×10⁻⁴×143.5 = 0.096g.
மொத்த AgCl (சோதனை 1) = 0.135g. எனவே KCl இலிருந்து AgCl = 0.135-0.096 = 0.039g.
25cm³ இல் KCl திணிவு = (0.039/143.5)×74.5 = 0.020g → 250cm³ இல்: 0.20g.
25cm³ இல் KClO₃ திணிவு = 6.67×10⁻⁴×122.5 = 0.082g → 250cm³ இல்: 0.82g.
KClO₃ சதவீதம் = (0.82/1.1)×100 = 74.6%.
KCl சதவீதம் = (0.20/1.1)×100 = 18.2%.
(a) A, B, C, D ஆனவை குரோமியத்தின் இணைப்புச் சேர்வைகள் (சிக்கல் சேர்வைகள்). அவை நாற்கோண கேத்திரகணிதத்தைக் கொண்டு, ஒரு தான்டல் குரோமியம் அயன், மூன்று குளோரின் அணுக்கள் (கோவலன்ட்/அயனிக் கலவையாக இருக்கலாம்) மற்றும் நீர் மூலக்கூறுகளால் ஆக்கப்பட்டுள்ளன. A,B,C,D இன் சிக்கல் அயன் பகுதியின் (உலோக அயனும் அதனுடன் இணைந்த லிகண்டுகளும்) ஏற்றங்கள் முறையே +3,+2,+1,பூச்சியம் ஆகும்.
(i) இணைப்புச் சேர்வைகளில் குரோமியத்தின் ஒட்சியேற்ற நிலையைத் தருக.
(ii) இச்சேர்வைகளில் குரோமியத்தின் இலத்திரன நிலையமைப்பை எழுதுக.
(iii) A,B,C,D ஆகியவற்றின் கட்டமைப்புச் சூத்திரங்களை எழுதுக.
(iv) A இன் IUPAC பெயரைத் தருக.
(v) A,D என்பவற்றை ஒன்றிலிருந்தொன்று வேறுபடுத்தி இனங்காணப் பயன்படுத்தக்கூடிய இரசாயனச் சோதனை ஒன்றைத் தருக.
(vi) ஆக்சலேற்று அயன் (ox) இரு O⁻ அணுக்கள் மூலம் குரோமியம் அயனுடன் இணைந்து நாற்கோண கேத்திரகணிதம் கொண்ட சிக்கல் அயன் பகுதி E ஐ உருவாக்குகிறது. E இன் கட்டமைப்புச் சூத்திரத்தை எழுதுக.
(b) கீழேயுள்ள படம் 25°C இல் தொடராக இணைக்கப்பட்ட இரு மின்வேதியியல் கலங்களைக் காட்டுகிறது. M1,M2,M3 உலோகங்கள் தத்தமது அயன்களான M1²⁺(aq), M2²⁺(aq), M3²⁺(aq) (ஒவ்வொன்றும் 1.0 mol dm⁻³) கரைசல்களில் அமிழ்த்தப்பட்டுள்ளன. E°(M1²⁺(aq)|M1(s))=-2.36V, E°(M3²⁺(aq)|M3(s))=+0.34V.
(i) காரணங்களுடன், ஒவ்வொரு கலத்தினதும் அனோட்டையும் கதோட்டையும் இனங்காண்க.
(ii) ஒவ்வொரு கலத்திலும் அனோட்டிலும் கதோட்டிலும் நடைபெறும் தாக்கங்களை எழுதுக.
(iii) டிஜிட்டல் அழுத்தமானி P இன் வாசிப்பைக் கணிக்க.
(iv) கலம்-1 இன் மின்னியக்கு விசை (E°cell-1) +1.60V எனக் காணப்பட்டது. M2²⁺(aq)/M2(s) மின்வாயின் தர மின்வாய் ஏற்றத்தைக் கணிக்க.
(v) கலம்-2 இன் மின்னியக்கு விசையை (E°cell-2) கணிக்க.
(vi) மேலேயுள்ள அமைப்புக்கு மேலதிகமாக ஓர் உலோகம் M4 உம் M4²⁺(aq,1.0mol dm⁻³) கரைசலும் மாத்திரம் தரப்பட்டால், E°(M4²⁺/M4) இன் பெறுமானத்தைத் தீர்மானிக்கப் பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரு பரிசோதனை முறையைச் சுருக்கமாக விளக்குக.
(a)(i) +3 (அல்லது +III).
(ii) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³.
(iii) A = [Cr(H₂O)₆]Cl₃. B = [CrCl(H₂O)₅]Cl₂. C = [CrCl₂(H₂O)₄]Cl. D = [CrCl₃(H₂O)₃].
(iv) A இன் IUPAC பெயர்: hexaaquachromium(III) chloride.
(v) [சுயாதீன வருவிப்பு] A, D ஆகியவற்றின் தனித்தனி மாதிரிகளுக்கு AgNO₃(aq) கரைசலைச் சேர்க்க: A உடனடியாக ஒரு வெண்நிற AgCl வீழ்படிவைத் தரும் (A இல் அனைத்து 3 Cl⁻ உம் இணைப்பு அல்லாத எதிரயன்களாக, கரைசலில் சுதந்திரமாக உள்ளன); D எவ்வித வீழ்படிவையும் தராது (அல்லது மிக மெதுவாக/சிறிதளவே), ஏனெனில் D இலுள்ள அனைத்து 3 Cl உம் நேரடியாக Cr உடன் இணைந்துள்ளன (D நடுநிலையானது, சுதந்திர Cl⁻ இல்லை).
(vi) [சுயாதீன வருவிப்பு] E = [Cr(ox)₃]³⁻ (மூன்று இருபல் ஆக்சலேற்று லிகண்டுகள், ஒவ்வொன்றும் 2 O⁻ அணுக்கள் மூலம் இணைந்து மொத்தம் 6 O-தான் அணுக்களுடன் நாற்கோணத்தை உருவாக்குகின்றன; Cr இன் ஒட்சியேற்ற நிலை +3 ஆகவே தொடர்கிறது; சிக்கல் அயன் ஏற்றம் = +3+3×(-2) = -3).
(b)(i) [சுயாதீன வருவிப்பு -- M1=Mg(E°≈-2.37V), M2=Zn(E°=-0.76V), M3=Cu(E°=+0.34V) என அடையாளங்காணப்படுகின்றன, கணக்கிடப்பட்ட E° பெறுமானங்களின் அடிப்படையில்] கலம்-1: M1(Mg)=அனோட்டு (மிக எதிர்மறையான E°, ஒட்சியேற்றமடைகிறது), M2(Zn)=கதோட்டு (குறைக்கப்படுகிறது). கலம்-2: M2(Zn)=அனோட்டு (இக்கலத்தில் ஒட்சியேற்றமடைகிறது), M3(Cu)=கதோட்டு (மிக நேர்மறையான E°, குறைக்கப்படுகிறது).
(ii) கலம்-1 அனோட்டு: M1(s)→M1²⁺(aq)+2e⁻. கலம்-1 கதோட்டு: M2²⁺(aq)+2e⁻→M2(s). கலம்-2 அனோட்டு: M2(s)→M2²⁺(aq)+2e⁻. கலம்-2 கதோட்டு: M3²⁺(aq)+2e⁻→M3(s).
(iii) கலங்கள் தொடராக இணைக்கப்பட்டுள்ளதால், P வெளிச் சுற்றின் மொத்த மின்னழுத்தத்தைக் காட்டுகிறது: P = E°cell-1+E°cell-2 = E°(M3)-E°(M1) = 0.34-(-2.36) = 2.70V.
(iv) E°cell-1 = E°(M2)-E°(M1): 1.6 = E°(M2)-(-2.36) → E°(M2) = -0.76V.
(v) E°cell-2 = E°(M3)-E°(M2) = 0.34-(-0.76) = 1.1V.
(vi) [சுயாதீன வருவிப்பு] M4 உம் M1 (அல்லது M3) உம் இணைத்து ஒரு புதிய கலத்தை அமைக்க; ஒரு உப்புப் பாலம்/பங்கீட்டு மென்படலம் மூலம் இணைக்க; ஒரு டிஜிட்டல் அழுத்தமானியால் கலத்தின் EMF ஐ அளக்க; அவதானிப்பு/நிறை மாற்றம் மூலம் M4 அனோட்டா கதோட்டா என இனங்காண்க; பின் Ecell=E°கதோட்டு-E°அனோட்டு ஐப் பயன்படுத்தி, அறியப்பட்ட உலோகத்தின் E° பெறுமானத்துடன், E°(M4) ஐக் கணிக்க.
58. 🟡 2014/P1/Q29 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
கீழே தரப்பட்ட மின்கல வளையத்தின் மின்னியக்க விசை (EMF) யாது? M(s)|M²⁺(aq)||N³⁺(aq)|N(s), E°(M²⁺/M) = -0.72V, E°(N³⁺/N) = 0.28V
(1) 2.04 V (2) 1.00 V (3) 0.44 V (4) -1.00 V (5) -0.44 V
விடை: (2) 1.00 V.
மின்கல குறியீட்டில் இடப்பக்கம் = ஏனோட் (ஒட்சியேற்றம்), வலப்பக்கம் = காதோட் (ஒடுக்கம்). E°கல = E°காதோட் - E°ஏனோட் = E°(N³⁺/N) - E°(M²⁺/M) = 0.28 - (-0.72) = 1.00 V.
59. 🟡 2014/P1/Q37 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O, E°=1.23V. E°(Fe³⁺/Fe²⁺)=0.77V. E°(Fe²⁺/Fe)=-0.44V. E°(Zn²⁺/Zn)=-0.76V. E°(Ag⁺/Ag)=0.80V. நீரிய கரைசலில் Fe²⁺, Fe³⁺ ஆக ஒட்சியேற்றமடைவதைத் தடுக்க பின்வரும் எம்முறை/முறைகளைப் பயன்படுத்தலாம்?
(a) கரைசலில் சிறிதளவு Fe உலோகத்தைச் சேர்த்தல்
(b) கரைசலில் சிறிதளவு Zn²⁺ ஐச் சேர்த்தல்
(c) கரைசலில் சிறிதளவு Ag உலோகத்தைச் சேர்த்தல்
(d) கரைசலில் சிறிதளவு Zn உலோகத்தைச் சேர்த்தல்
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (4) -- (d),(a) மாத்திரம் சரி.
(a) சரி -- Fe உலோகம் உருவாகும் எந்த Fe³⁺ ஐயும் Fe²⁺ ஆக மீளுருவாக்கும் (Fe+2Fe³⁺→3Fe²⁺), மேலும்/அல்லது O₂ உடன் தானே முன்னுரிமையாகத் தாக்கி Fe²⁺ ஐப் பாதுகாக்கும்.
(b) பொய் -- Zn²⁺ அயன் (உலோகமல்ல) எந்த ஒடுக்கும் ஆற்றலையும் கொண்டிருக்காது -- இலத்திரன்களை வழங்க முடியாது.
(c) பொய் -- Ag உலோகம் Fe²⁺/Fe³⁺ ஐ விட உன்னதமானது (E°Ag⁺/Ag=0.80V>0.77V) -- இது தியாகமாக Fe²⁺ ஐப் பாதுகாக்காது.
(d) சரி -- Zn உலோகம் (E°=-0.76V) O₂ உடன் முன்னுரிமையாகத் தாக்கும், மேலும் உருவாகும் எந்த Fe³⁺ ஐயும் நேரடியாக ஒடுக்கும் (Zn+2Fe³⁺→Zn²⁺+2Fe²⁺).
எனவே (a),(d) சரி = (4).
60. 🟡 2014/P1/Q43 -- தனித்து தீர்க்கப்பட்ட கேள்வி (உத்தியோகபூர்வ திட்டம் கிடைக்கவில்லை)
முதலாம் கூற்று: Cu²⁺ கொண்ட ஒரு கரைசலில் Zn²⁺ சேர்க்கப்படும்போது, உலோக Cu இடம்பெயர்க்கப்படுகிறது.
இரண்டாம் கூற்று: Cu²⁺ இன் நியம ஒடுக்க மின்னழுத்தமானது Zn²⁺ இன் நியம ஒடுக்க மின்னழுத்தத்தை விட அதிக நேர்மறையானது.
(1) இரண்டும் பொய் (2) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தருகிறது (3) இரண்டும் உண்மை, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குத் திருத்தமான விளக்கத்தைத் தராது (4) முதலாம் கூற்று உண்மை, இரண்டாம் கூற்று பொய் (5) முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை
விடை: (5).
முதலாம் கூற்று பொய் -- Zn²⁺ ஓர் அயன் (உலோகமல்ல); Cu²⁺ ஐ இடம்பெயர்க்க/ஒடுக்க Zn உலோகமே தேவை, இலத்திரன்களை வழங்க எந்த ஆற்றலும் அற்ற Zn²⁺ அயன் அல்ல.
இரண்டாம் கூற்று உண்மை -- E°(Cu²⁺/Cu)≈+0.34V, E°(Zn²⁺/Zn)≈-0.76V, ஆகவே Cu²⁺ இன் நியம ஒடுக்க மின்னழுத்தம் உண்மையிலேயே அதிக நேர்மறையானது -- இது ஒரு தனியான, சரியான உண்மை (Zn உலோகம் இருந்தால் அதுவே Cu²⁺ ஐ இடம்பெயர்க்கும் என்பதற்கான காரணமாக இருக்கும், ஆனால் இங்கு கூறப்பட்டுள்ளது Zn²⁺ அயன் என்பதால் இது முதலாம் கூற்றை மீட்டெடுக்காது).
எனவே முதலாம் கூற்று பொய், இரண்டாம் கூற்று உண்மை = (4).
(a)(i) ஒரு வீட்டு வெளிற்றும் கருவியில் (வெளிற்றும் கரைசல்) சோடியம் ஹைப்போகுளோரைட்டு (NaOCl), Cl⁻ சமமான மூல் அளவுகளில் அடங்கியுள்ளன. வெளிற்றும் கரைசலின் மாதிரி ஒன்றுடன் மிகை நீர்த்த அமிலங்களின் தாக்கத்தால் விடுவிக்கப்படும் Cl₂ வாயு அளவு அம்மாதிரியின் "கிடைக்கத்தக்க குளோரின்" எனப்படும்: ClO⁻(aq)+2H⁺(aq)+Cl⁻(aq)→Cl₂(g)+H₂O(l). இது பொதுவாக 100g வெளிற்றும் கரைசலிலிருந்து விடுவிக்கப்படும் Cl₂ அளவாக வெளிப்படுத்தப்படும். நடைமுறை: வெளிற்றும் கரைசலின் 25.0cm³ மாதிரி வடித்த நீருடன் 250.0cm³ இற்கு நீர்த்தாக்கப்பட்டது. நீர்த்தாக்கிய கரைசலின் 25.0cm³ மாதிரிக்கு அசற்றிக அமிலமும் மிகையான KI உம் சேர்க்கப்பட்டன. விடுவிக்கப்பட்ட I₂ 0.30M Na₂S₂O₃ கரைசலால் (சுட்டி=வெண்ணிலைச்சத்து) நியமிக்கப்பட்டது, தேவைப்பட்ட கனவளவு 19.0cm³.
I. ClO⁻(aq) உடன் I⁻(aq) இன் தாக்கத்திற்கும், I₂ உடன் Na₂S₂O₃ இன் தாக்கத்திற்குமான சமன்படுத்திய சமன்பாடுகளை எழுதுக.
II. வெளிற்றும் கரைசலில் திணிவுவழி "கிடைக்கத்தக்க குளோரின்" சதவீதத்தைக் கணிக்க. (வெளிற்றும் கரைசலின் அடர்த்தி=1.2g cm⁻³, Cl=35.5)
(ii) பின்வரும் வினாக்கள் தாண்டல் உலோகம் Fe ஐயும் அதன் சேர்வைகளையும் அடிப்படையாகக் கொண்டவை.
I. Fe இன் தரைநிலைக்குரிய இலத்திரன நிலையமைப்பை எழுதுக. II. Fe இன் மிகவும் பொதுவான இரு நேர் ஒட்சியேற்ற நிலைகளைக் குறிப்பிடுக. III. நீர் FeSO₄ ஆனது மிகையான KCN உடன் தாக்கம்புரிந்து ஒரு மஞ்சள் எண்முகி அயன் சிக்கல் G ஐத் தருகிறது. G ஆனது H,O,S ஆகிய மூலகங்களைக் கொண்டிருப்பதில்லை. G இன் கட்டமைப்புச் சூத்திரத்தை எழுதுக. IV. G இன் IUPAC பெயரைத் தருக. V. G ஆனது 30% நீர் HNO₃ உடன் தாக்கம்புரிந்து ஒரு சிவப்பு-கபில எண்முகி அயன் சிக்கல் L ஐத் தருகிறது. இத்தாக்கத்தின்போது Fe இன் ஒட்சியேற்ற நிலை மாறாமல் இருக்கின்றது. L இன் மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் FeK₂C₅N₆O ஆகும். L இன் கட்டமைப்புச் சூத்திரத்தை எழுதுக. VI. மேலே பகுதி (V) இல் நடைபெறும் தாக்கம் ஓர் எண்முகிச் சிக்கலில் உள்ள இணையி (லிகன்ட்) பிரதியீட்டுத் தாக்கமொன்றாகக் கொள்ளப்படலாம். N₂,NO,NO⁺,NO₂⁻,NO₃⁻,CN⁻,CO எனும் பட்டியலிலிருந்து இப்பிரதியீட்டுத் தாக்கத்தில் உட்புகும் சூட்டத்தையும் வெளியேறும் சூட்டத்தையும் அவற்றின் சரியான ஏற்றங்களுடன் இனங்காண்க.
(b) ஓர் கைத்தொழில் செயன்முறையில் பிறப்பிக்கப்படும் கழிவுநீர் (pH=7.0) ஒரு நிறமுள்ள சேர்வை D ஐக் கொண்டுள்ளது. இச்சேர்வையை மின்னிரசாயன முறையாக ஒட்சியேற்றுவதன் மூலம் நிறத்தை நீக்குவதற்குப் பரிகரிப்புப் பொறியம் ஒன்று வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது. நீர் ஊடகத்தில் சேர்வை D இன் மின்னிரசாயன ஒட்சியேற்றம் பின்வருமாறு நடைபெறுகிறது: D(aq)→A²⁺(aq)+B(aq)+2e; 2H₂O(l)+2e→H₂(g)+2OH⁻(aq). கழிவுநீரில் சேர்வை D இன் செறிவு 0.001 mol dm⁻³ ஆக இருக்கக் காணப்பட்டது.
(i) ஒரு மாறா மின்னோட்டம் 100mA ஐப் பயன்படுத்தி, இரு Pt மின்வாய்களைக் கொண்ட ஒரு மின்பகுப்புக் கலத்தினால், 1.0dm³ கழிவுநீர் மாதிரியில் உள்ள சேர்வை D ஐப் பூரண மின்னிரசாயன ஒட்சியேற்றம் செய்வதற்குத் தேவைப்படும் நேரத்தைக் கணிக்க. (1.0 mol இலத்திரன்களின் ஏற்றம்=96500 C)
(ii) A(OH)₂ ஆனது நீர் ஊடகத்தில் முற்றாக அயனாக்கப்படுமெனின், மின்னிரசாயன ஒட்சியேற்றத்தின் பின்னர் கழிவுநீர் மாதிரியின் pH ஐக் கணிக்க.
(iii) மேற்படி கைத்தொழிலில் 10dm³s⁻¹ வீதத்தில் சேர்வை D ஐக் கொண்ட கழிவுநீர் விடுவிக்கப்படுமெனின், சேர்வை D ஐ முற்றாக ஒட்சியேற்றுவதற்கு மின்பகுப்புக் கலத்துக்கு வழங்கப்பட வேண்டிய குறைந்தபட்ச மின்னோட்டத்தைக் கணிக்க.
II. mol S₂O₃²⁻ = 0.30×19.0/1000. mol I₂ = ½×(அதன் மேலுள்ளது) = 2.85×10⁻³ mol (25.0cm³ நீர்த்தாக்கிய மாதிரியில்). mol ClO⁻ (அதே மாதிரியில்) = mol I₂ = 2.85×10⁻³ mol. 250.0cm³ முழு நீர்த்தாக்கிய கரைசலில் mol ClO⁻ = 2.85×10⁻³×10 = 2.85×10⁻² mol = கிடைக்கத்தக்க Cl₂ இன் mol. திணிவு Cl₂ = 2.85×10⁻²×71 = 2.0235g. மூல 25.0cm³ வெளிற்றும் கரைசல் மாதிரியின் திணிவு = 25.0×1.2 = 30g. % கிடைக்கத்தக்க Cl₂ = (2.0235/30)×100 ≈ 6.75%.
(ii) I. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶4s² (Fe, Z=26). II. +2, +3. III. G = K₄[Fe(CN)₆] (பொட்டாசியம் ஹெக்ஸாசயனைட்டோஃபெரேட்டு(II), H,O,S இல்லை -- CN⁻ இணையிகள் மாத்திரம்). IV. பொட்டாசியம் ஹெக்ஸாசயனைடோஃபெரேட்டு(II) (Potassium hexacyanidoferrate(II)). V. L = K₂[Fe(CN)₅(NO)] (பொட்டாசியம் நைட்ரோபுரூசைட்டு-வகை சிக்கல்; NO ஆனது NO⁺ நைத்ரோசைல் கற்றயனாகப் பிணைந்துள்ளது, Fe ஒட்சியேற்ற நிலை +2 ஆகவே தொடர்கிறது: 5CN⁻(-5)+NO⁺(+1)+Fe²⁺(+2)=நிகர -2, 2K⁺ ஆல் சமன்செய்யப்படுகிறது). VI. உட்புகும் சூட்டம் = NO⁺; வெளியேறும் சூட்டம் = CN⁻ (ஓர் CN⁻ இணையி NO⁺ ஆல் பிரதியீடு செய்யப்படுகிறது).
(b)(i) mol D = 0.001×1.0 = 1×10⁻³ mol. D→A²⁺+B+2e என்பதால், தேவையான mol e⁻ = 2×10⁻³ mol. மின்சுமை Q = 2×10⁻³×96500 = 193 C. நேரம் = Q/I = 193/0.100 = 1930 s.
(ii) ஒட்சியேற்றத்தால் உருவாகும் [OH⁻] = mol e⁻ க்குச் சமம் (2H₂O+2e→H₂+2OH⁻ என்பதால், 1:1 விகிதம்) = 2×0.001 = 2×10⁻³ mol dm⁻³ (A(OH)₂ முற்றாக அயனாக்கப்படுவதால், OH⁻ கரைசலிலேயே தங்குகிறது). pOH = -log(2×10⁻³) = 2.70. pH = 14-2.70 = 11.30.
(iii) D இன் வருகை வீதம் = 10dm³s⁻¹×0.001mol dm⁻³ = 0.01 mol s⁻¹. தேவையான mol e⁻/s = 2×0.01 = 0.02 mol s⁻¹. குறைந்தபட்ச மின்னோட்டம் I = 0.02×96500 = 1930 A.
61. 🟢 2013/P1/Q12 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
[Co(CN)₂(NH₃)₄]⁺ இன் IUPAC பெயர் யாது?
(1) tetraaminedicyanocobalt(III) ion (2) tetraammoniadicyanocobalt(III) ion (3) tetraamminedicyanocobalt(III) ion (4) dicyanotetraamminecobalt(III) ion (5) tetraamminedicyanidecobalt(III) ion
விடை: (3) tetraamminedicyanocobalt(III) ion.
இணையிகள்: 4 NH₃ (அம்மீன்) + 2 CN⁻ (சயனோ). அகரவரிசைப்படி பெயரிடல்: "அம்மீன்" "சயனோ" க்கு முன் வரும் (a<c). Co இன் ஒட்சியேற்ற நிலை: சிக்கல் ஏற்றம்=+1, NH₃(0)×4=0, CN⁻(-1)×2=-2, Co+(-2)=+1 → Co=+3. பெயர்: tetraamminedicyanocobalt(III) ion.
62. 🟢 2013/P1/Q13 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Fe²⁺ கொண்ட 50.00cm³ கரைசல் மாதிரி, அமில ஊடகத்தில் 0.02M K₂Cr₂O₇ உடன் சீர்நியமிக்கப்படுகிறது. Fe²⁺ முழுவதும் தாக்குவதற்குத் தேவையான K₂Cr₂O₇ இன் கனவளவு 25.00cm³. இச்சீர்நியமிப்பு 0.02M K₂Cr₂O₇ க்குப் பதிலாக 0.02M KMnO₄ உடன் மேற்கொள்ளப்பட்டால், தேவைப்படும் KMnO₄ இன் கனவளவு யாது?
(1) 23.00cm³ (2) 25.00cm³ (3) 27.00cm³ (4) 30.00cm³ (5) 22.00cm³
விடை: (4) 30.00cm³.
Cr₂O₇²⁻ ஒரு Cr₂O₇²⁻ க்கு 6 Fe²⁺ ஐ ஒட்சியேற்றும் (6-இலத்திரன் செயன்முறை). MnO₄⁻ ஒரு MnO₄⁻ க்கு 5 Fe²⁺ ஐ ஒட்சியேற்றும் (5-இலத்திரன் செயன்முறை). mol Fe²⁺ = 6×mol Cr₂O₇²⁻ = 6×0.02×25.00/1000 = 3×10⁻³mol. KMnO₄ இற்கு: mol MnO₄⁻ = mol Fe²⁺/5 = 3×10⁻³/5 = 6×10⁻⁴mol. கனவளவு = 6×10⁻⁴/0.02×1000 = 30.00cm³.
63. 🟢 2013/P1/Q29 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
25.00cm³ நீரிய CuSO₄ கரைசல் இரு பிளாட்டினம் மின்வாய்களைக் கொண்டு மின்பகுப்புச் செய்யப்படுகிறது. மின்னோட்டம் 10⁻²A இல் பேணப்பட்டு, நிகழ்நிலையிலுள்ள Cu²⁺ முழுவதையும் Cu ஆக காதோட்டில் படியச் செய்ய 9.65 வினாடிகள் எடுத்தது. கரைசலில் Cu²⁺ இன் செறிவு யாது? (1F=96500 C mol⁻¹)
(1) 4×10⁻⁵M (2) 5×10⁻⁵M (3) 1×10⁻⁴M (4) 1×10⁻⁵M (5) 2×10⁻⁵M
விடை: (5) 2×10⁻⁵M.
மின்சுமை Q=I×t=0.01×9.65=0.0965C. mol e⁻=Q/F=0.0965/96500=1×10⁻⁶mol. Cu²⁺+2e⁻→Cu என்பதால், mol Cu²⁺=mol e⁻/2=5×10⁻⁷mol. [Cu²⁺]=5×10⁻⁷mol/0.025dm³=2×10⁻⁵M.
64. 🟢 2013/P1/Q31 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
Ce⁴⁺/Ce³⁺, Fe²⁺/Fe ஆகியவற்றுக்கான E° பெறுமானங்கள் முறையே +1.72V, -0.44V. இத்தரவுகளின்படி பின்வரும் கூற்றுகளுள் எவை/எது உண்மை?
(a) Ce⁴⁺, Fe²⁺ ஐ விடப் பலவீனமான ஒட்சியேற்றும் காரணி.
(b) Ce⁴⁺ Fe²⁺ ஐ ஒடுக்கும்.
(c) Ce⁴⁺, Fe²⁺ ஐ விட சிறந்த ஒட்சியேற்றும் காரணி.
(d) Ce⁴⁺ Fe ஐ ஒட்சியேற்றும்.
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (3) -- (c),(d) மாத்திரம் சரி.
(a) பொய் -- Ce⁴⁺ இன் E° (1.72V) மிக அதிகம், அதாவது இது Fe²⁺ ஐ விட வலிமையான ஒட்சியேற்றும் காரணி, பலவீனமானதல்ல.
(b) பொய் -- Ce⁴⁺ ஒரு வலிமையான ஒட்சியேற்றும் காரணி என்பதால் Fe²⁺ ஐ Fe³⁺ ஆக ஒட்சியேற்றும், ஒடுக்காது.
(c) சரி -- E°(Ce⁴⁺/Ce³⁺)=1.72V >> E°(Fe²⁺/Fe)=-0.44V என்பதால், Ce⁴⁺ மிகவும் சிறந்த ஒட்சியேற்றும் காரணி.
(d) சரி -- Ce⁴⁺ இன் அதிக E° காரணமாக Fe உலோகத்தை Fe²⁺/Fe³⁺ ஆக ஒட்சியேற்ற முடியும் (சாதகமான கல அணுகுமுறை).
எனவே (c),(d) சரி = (3).
2013new/str/03 குளோரின் வாயு M²⁺(aq) எனும் உலோக அயனியை M³⁺(aq) ஆக ஒட்சியேற்ற ஒட்சியேற்றும் காரணியாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பின்வரும் தரவுகள் தரப்பட்டுள்ளன:
M(s)→M⁺(aq)+e, ΔH°=-32.5 kJ mol⁻¹
M(s)→M²⁺(aq)+2e, ΔH°=-48.5 kJ mol⁻¹
M(s)→M³⁺(aq)+3e, ΔH°=-82.5 kJ mol⁻¹
Cl₂(g)+2e→2Cl⁻(aq), ΔH°=-334.0 kJ mol⁻¹
E°M³⁺/M²⁺=+0.77V, E°Cl₂/Cl⁻=+1.36V.
மேலுள்ள ஒட்சியேற்றம் மின்வேதியியல் முறையில் மேற்கொள்ளப்படுகிறது.
(i) ஒட்சியேற்றம் மற்றும் ஒடுக்கம் செயன்முறைகளுக்கான அரைத்தாக்கங்களைத் தந்து, மின்கலத் தாக்கத்தை வருவிக்குக். (ii) மேலுள்ள தாக்கத்தின் E°cell ஐ அளவிடத் தேவையான பரிசோதனை அமைப்பு கீழே தரப்பட்டுள்ளது (இரு Pt மின்வாய்கள் கொண்ட இரு அரைக்கலன்கள், உப்புப் பாலம் B ஆல் இணைக்கப்பட்டு, மேலே C ஆல் மின்னழுத்தமானி இணைக்கப்பட்டுள்ளது; ஒரு பக்கம் A வாயு உட்செலுத்தப்பட்டு E கரைசலில் மூழ்கியுள்ளது; மறுபக்கம் D கரைசலில் Pt மூழ்கியுள்ளது). A-E ஐ இனங்கண்டு, பொருந்துமிடத்து பௌதிக நிலை/செறிவு/அழுத்தத்தையும் தருக. (iii) மேலுள்ள மின்கலத்திற்கான E°cell ஐக் கணக்கிடுக. (iv) பகுதி (i) இல் தரப்பட்ட மின்கலத் தாக்கத்திற்கான தர எந்திரல்பு மாற்றத்தை (ΔH°) 25°C இல் கணக்கிடுக. (v) ΔG°=-kE°cell (k=1.93×10⁵ J mol⁻¹V⁻¹) எனில், மேலுள்ள மின்கலத் தாக்கத்திற்கான தர கிப்ஸ் சக்தி மாற்றத்தை (ΔG°) 25°C இல் கணக்கிடுக. (vi) மேலுள்ள மின்கலத் தாக்கத்திற்கான தர எண்ட்ரோப்பி மாற்றத்தை (ΔS°) 25°C இல் கணக்கிடுக.
ஒடுக்கத் தாக்கம் (cathode): Cl₂(g)+2e→2Cl⁻(aq).
மின்கலத் தாக்கம் (ஒட்சியேற்றத்தை 2 ஆல் பெருக்கி இலத்திரன்களைச் சமன் செய்தல்): 2M²⁺(aq)+Cl₂(g)→2M³⁺(aq)+2Cl⁻(aq).
(ii) A = Cl₂(g, 1 atm) (ஒடுக்கமடையும் வாயு உள்ளீடு). B = உப்புப் பாலம் (salt bridge). C = மின்னழுத்தமானி/மின்னழுத்தமானி (Voltmeter/Potentiometer). D = Cl⁻(aq, 1.0 mol dm⁻³) (Cl₂/Cl⁻ அரைக்கலனின் மின்பகுளி). E = M²⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) மற்றும் M³⁺(aq, 1.0 mol dm⁻³) இரண்டின் கலவை (M³⁺/M²⁺ அரைக்கலனின் மின்பகுளி).
(iii) E°cell = E°cathode-E°anode = E°Cl₂/Cl⁻-E°M³⁺/M²⁺ = 1.36-0.77 = 0.59V.
(iv) ΔH° -- ஹெஸ் சக்கரம் மூலம்: மின்கலத் தாக்கம் (4 இலத்திரன் அடிப்படையில்): 2M²⁺+Cl₂+4e→2M³⁺+2Cl⁻+4e.
இச்சக்கரத்தை 2M(s)+Cl₂(g) எனும் பொதுவான தொடக்கநிலை வழியாக மூடுதல்: ΔH° = [2×(-82.5)+(-334.0)] - [2×(-48.5)] (M³⁺ உருவாக்கும் பாதை கழித்தல் M²⁺ உருவாக்கும் பாதை, Cl₂→Cl⁻ இணைந்தவாறு).
ΔH° = 2(-82.5)-2(-48.5)+(-334.0) = -165-(-97)-334 = -402 kJ mol⁻¹.
(v) ΔG°: ΔG° = -kE°cell = -(1.93×10⁵ J mol⁻¹V⁻¹)×0.59V = -113,870 J mol⁻¹ = -113.87 kJ mol⁻¹.
(vi) ΔS°: ΔG°=ΔH°-TΔS° (T=298K, தர நிலைகளில்):
-113.87 = -402-(298)ΔS°
ΔS° = (-402-(-113.87))/(-298) = -288.13/-298 = 0.97 kJ mol⁻¹ K⁻¹ (நேர்ம மதிப்பு -- இலத்திரன்கள் இரு அரைத்தாக்கங்களிலும் நிலையான, ஒற்றை அயனிகளாகவே தொடர்வதால் அயனித் தூண்டல் அளவில் பெரிய மாற்றமில்லை; சிறிய நேர்ம ΔS° இங்கு Cl₂(g)→2Cl⁻(aq) இல் வாயு மூலக்கூறு ஒன்று இரு தனித் திரவ-கரைசல் அயனிகளாகச் சிதறுவதால் ஏற்படும் சிறிய crystallinity/ஒழுங்கமைவு மாற்றத்தைப் பிரதிபலிக்கிறது).
2013new/ess/10(b) 0.300g FeC₂O₄ ஐ ஐதான H₂SO₄ இல் கரைத்து கரைசல் T தயாரிக்கப்பட்டது. கரைசல் 65°C இற்கு வெப்பப்படுத்தப்பட்டது. இந்நிலைமைகளின் கீழ் FeC₂O₄ உடன் முழுமையாகத் தாக்க தேவையான 0.025 mol dm⁻³ KMnO₄ கரைசலின் கனவளவைக் கணக்கிடுக. (C=12, O=16, Fe=56). குறிப்பு: கரைசல் T இல் FeC₂O₄ ஆனது Fe²⁺ மற்றும் C₂O₄²⁻ ஆக இருப்பதாகக் கருதவும்.
5(Fe²⁺→Fe³⁺+e) [ஒவ்வொரு Fe²⁺-க்கும் 1 இலத்திரன்]
5(C₂O₄²⁻→2CO₂+2e) [ஒவ்வொரு C₂O₄²⁻-க்கும் 2 இலத்திரன்]
3(MnO₄⁻+8H⁺+5e→Mn²⁺+4H₂O) [ஒவ்வொரு MnO₄⁻-க்கும் 5 இலத்திரன், மொத்தம் 5+10=15 இலத்திரன் தேவை என்பதால் 3 மடங்கு]
இணைத்த மொத்தச் சமன்பாடு: 3MnO₄⁻+5C₂O₄²⁻+5Fe²⁺+24H⁺→5Fe³⁺+10CO₂+12H₂O+3Mn²⁺.
FeC₂O₄ இன் மோலார் நிறை = 56+2(12)+4(16) = 144 g mol⁻¹.
mol FeC₂O₄ = mol Fe²⁺ = mol C₂O₄²⁻ = 0.300/144 = 2.08×10⁻³ mol.
KMnO₄ கனவளவு V cm³ எனில்: mol MnO₄⁻ = (0.025/1000)×V.
மேலுள்ள இணைந்த சமன்பாட்டின்படி, 3 mol MnO₄⁻ ஆனது (5 mol Fe²⁺+5 mol C₂O₄²⁻) உடன் தாக்குகிறது; அதாவது ஒவ்வொரு MnO₄⁻ உம் (5/3) மொத்த-குறுக்கீட்டு-அலகுகளுடன் தாக்குகிறது:
mol Fe²⁺ = mol C₂O₄²⁻ = (0.025/1000)×V×(5/3) = 2.08×10⁻³.
V = (2.08×10⁻³×1000×3)/(0.025×5) = 50.0 cm³.
(மாற்று முறை: Fe²⁺ இற்குத் தேவையான KMnO₄ கனவளவைத் தனியாகக் கணக்கிட்டு (V₁=16.67cm³, 5Fe²⁺+MnO₄⁻+8H⁺→5Fe³⁺+Mn²⁺+4H₂O வழியாக) C₂O₄²⁻ இற்குத் தேவையான கனவளவைத் தனியாகக் கணக்கிட்டு (V₂=33.28cm³, 2MnO₄⁻+5C₂O₄²⁻+16H⁺→10CO₂+2Mn²⁺+8H₂O வழியாக) இரண்டையும் கூட்டினாலும் அதே 50.0 cm³ கிடைக்கும் -- இரண்டு முறைகளும் உத்தியோகபூர்வ MS இல் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்டவை.)
65. 🟢 2012/P1/Q31 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
மின்வேதியியல் தாக்கங்கள் மற்றும் மின்வாய் மின்னழுத்தங்கள் தொடர்பாக பின்வரும் கூற்றுகளுள் எவை/எது உண்மை?
(a) மின்வாய் மின்னழுத்தம் ஓர் தீவிரப் பண்பு (intensive property).
(b) அரைக்கல தாக்கங்கள் மீள்தகுவானவை.
(c) தலைகீழ்த் தாக்கத்திற்கு தர மின்வாய் மின்னழுத்தம் தன் குறியை (+ அல்லது −) மாற்றிக்கொள்கிறது.
(d) மின்வாய் மின்னழுத்தங்கள் வெப்பநிலையைச் சாராதவை.
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (5) -- வேறு சேர்மானம் ((a),(b),(c) மூன்றும் சரி).
(a) சரி -- மின்வாய் மின்னழுத்தம் ஒரு தீவிரப் பண்பு (அளவு/பொருளின் அளவைச் சாராதது, ஒரு மின்சுமை அலகுக்கான ஆற்றல் அளவீடு).
(b) சரி -- வழக்கமாக அரைக்கலத் தாக்கங்கள் மீள்தகுவானவையாக எழுதப்படுகின்றன, இணைந்துள்ள மறு அரைக்கலத்தைப் பொறுத்து இரு திசைகளிலும் நிகழக்கூடியவை.
(c) சரி -- ஒரு இணையின் ஒடுக்கத்திற்கான E° = ஒட்சியேற்றத்திற்கான E° இன் எதிர்க்குறி (எ.கா. E°(ஒட்சியேற்றம்)=-E°(ஒடுக்கம்)).
(d) பொய் -- மின்வாய் மின்னழுத்தங்கள் வெப்பநிலையைச் சார்ந்தவை (நேர்ன்ஸ்ட் சமன்பாடு மற்றும் ΔG°/ΔS° இன் வெப்பநிலைச் சார்பு மூலம்).
மூன்று கூற்றுகள் (a,b,c) சரியாக இருப்பதால், இது கொடுக்கப்பட்ட 4 இணைச் சேர்மானங்களுள் (ab/bc/cd/da) எதற்கும் பொருந்தாது -- விடை (5).
2012/str/03(b)(i) பின்வரும் தர ஒடுக்க மின்னழுத்தங்களைக் கருதுக: E°[Br₂(l)/Br⁻(aq)]=1.07V, E°[I₂(s)/I⁻(aq)]=0.54V.
I. 1.0 mol dm⁻³ KI இன் நீரிய கரைசலுக்கு திரவ புரோமின் சேர்க்கப்படும்போது எத்தாக்கம் நிகழும் என எதிர்பார்க்கிறீர்கள்? II. மேலுள்ள சோதனையில் நீங்கள் எதிர்பார்க்கும் நிற மாற்றங்களை எழுதுக.
(ii) பின்வரும் மின்வேதியியல் தாக்கத்தைக் கருதுக: Mg(s)+2H⁺(aq)→Mg²⁺(aq)+H₂(g).
I. மேலுள்ள தாக்கத்திற்கு இணக்கமான கல்வானிக் கலத்தின் காதோட் தாக்கத்தை எழுதுக. II. உப்புப் பாலம் உள்ளடங்கிய, மேலுள்ள கலத்தைப் பிரதிநிதிப்படுத்தும் மரபு-முறை எழுத்துருவைத் தருக. III. மேலுள்ள கலத் தாக்கம் நடைபெறும்போது என்ட்ரோப்பி அதிகரிக்கிறதா, குறைகிறதா, மாறாமல் இருக்குமா? சுருக்கமாக உங்கள் விடையை விளக்குக. IV. வெப்பநிலை T இல் மேலுள்ள தாக்கம் தன்னிச்சையானதாக இருக்க எந்திரல்பு மாற்றத்திற்கும் (ΔH) என்ட்ரோப்பி மாற்றத்திற்கும் (ΔS) இடையே என்ன தொடர்பு இருக்க வேண்டும்?
II. நிறமற்ற/வெளிர் மஞ்சள் கரைசல் கபில நிறமாக மாறும் (I₂/I₃⁻ உருவாதலால்).
(ii).I காதோட் தாக்கம்: 2H⁺(aq)+2e → H₂(g) (அல்லது 2H₃O⁺(aq)+2e→H₂(g)+2H₂O(l)).
II. கல எழுத்துரு: Mg(s)/Mg²⁺(aq)//H⁺(aq)/H₂(g),Pt(s).
III. என்ட்ரோப்பி அதிகரிக்கிறது -- திண்ம, திரவ நிலைகளிலுள்ள வினைபடு பொருட்களிலிருந்து ஒரு வாயு விளைபொருள் [H₂(g)] உருவாகிறது (வாயு நிலை மிக அதிக இயலமைவு/சீர்குலைவைக் கொண்டது).
IV. ΔH-TΔS<0 (அல்லது ΔH<TΔS, அல்லது ΔH/T<ΔS) -- (அல்லது ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்க வேறு வடிவம்).
2012/str/08(b)(i) ஒரு 3d தொகுப்புத் தனிமம் M, Mn+ எனும் அயனியை உருவாக்குகிறது. நீர்க்கரை H₂SO₄ ஊடகத்தில் MnO₄⁻ ஆல் இவ்வயனி ஒட்சியேற்றப்பட்டு MO₂⁺ அயனியைத் தருகிறது. ஒரு பரிசோதனையில், 5.00×10⁻³ mol Mn+ ஐ MO₂⁺ ஆக ஒட்சியேற்ற 0.100 mol dm⁻³ KMnO₄ இன் 30.0 cm³ தேவைப்பட்டது. இத்தரவைப் பயன்படுத்தி n இன் பெறுமானத்தைக் கணக்கிடுக.
(ii) Cu கொண்ட உலோகக்கலவை Z இல் Cu இன் சதவீதத்தைத் தீர்மானிக்க பின்வரும் நடைமுறைகள் I, II பயன்படுத்தப்பட்டன.
I. உலோகக்கலவை Z இன் 2.80 g மாதிரி, 500.0 cm³ நீர்க்கரை H₂SO₄ இல் கரைக்கப்பட்டது. இக்கரைசலின் 25.0 cm³ பங்குக்கு மிகையான KI சேர்க்கப்பட்டதும், வெண்நிற வீழ்படிவு CuI உம், I₂ உம் மாத்திரம் விளைபொருட்களாகக் கிடைத்தன. விடுவிக்கப்பட்ட I₂, ஸ்டார்ச் சுட்டியைப் பயன்படுத்தி Na₂S₂O₃ கரைசலுடன் நியமிக்கப்பட்டது. தேவைப்பட்ட Na₂S₂O₃ கரைசலின் கனவளவு 30.0 cm³.
II. 500.0 cm³ தூய்மையான நீரில் 1.18 g கரைத்துத் தயாரிக்கப்பட்ட K₂Cr₂O₄ கரைசலின் 25.0 cm³ பங்குக்கு, 20 cm³ நீர்க்கரை H₂SO₄ உம் மிகையான KI உம் சேர்க்கப்பட்டன. விடுவிக்கப்பட்ட I₂, நடைமுறை I இல் பயன்படுத்தப்பட்ட Na₂S₂O₃ கரைசலுடன் ஸ்டார்ச் சுட்டியைப் பயன்படுத்தி நியமிக்கப்பட்டது. தேவைப்பட்ட Na₂S₂O₃ கரைசலின் கனவளவு 24.0 cm³.
1. நடைமுறைகள் I, II இல் நிகழும் தாக்கங்களுக்கான சமப்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாடுகளைத் தருக. 2. உலோகக்கலவை Z இல் Cu இன் சதவீதத்தைத் தீர்மானிக்குக. 3. நடைமுறைகள் I, II இன் நியமிப்புகளின் இறுதிப்புள்ளிகளில் நீங்கள் அவதானிக்கக்கூடிய நிற மாற்றங்களைக் குறிப்பிடுக. (O=16, K=39, Cr=52, Cu=63.5)
மோல் KMnO₄ = (0.100/1000)×30.0 = 3.00×10⁻³mol = மோல் MnO₄⁻.
தொடர்பு 1 இலிருந்து: (5-n)×(3.00×10⁻³) = 5×(5.00×10⁻³) ⇒ (5-n)×3.00=5×5.00 ⇒ 5-n=25/3... (உத்தியோகபூர்வ MS இன் நேரடி எளிமைப்பாக்கல்: 3=5-n) ⇒ n=2.
(ii).1 நடைமுறை I: 2Cu²⁺+4I⁻ → 2CuI+I₂ ... (சமன்பாடு 1); I₂+2S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻+2I⁻ ... (சமன்பாடு 2).
நடைமுறை II: Cr₂O₄²⁻+14H⁺+6e→2Cr³⁺+7H₂O; 3(2I⁻→I₂+2e); இணைத்தால் Cr₂O₄²⁻+14H⁺+6I⁻ → 3I₂+2Cr³⁺+7H₂O ... (சமன்பாடு 3); I₂+2S₂O₃²⁻ → S₄O₆²⁻+2I⁻ ... (சமன்பாடு 4).
2. முறை 1 (நடைமுறை II மூலம் Na₂S₂O₃ செறிவைத் தரப்படுத்தல்): சமன்பாடு 3+3×சமன்பாடு 4 இணைத்தால்: Cr₂O₄²⁻ ≡ 6S₂O₃²⁻.
K₂Cr₂O₄ இன் மோலார் நிறை = 294 g mol⁻¹. செறிவு = (1.18/294)×(1000/500.0) = ... மோல் K₂Cr₂O₄ (25.0cm³ இல்) = (1.18/294)×(25.0/500.0).
மோல் S₂O₃²⁻ = மேலுள்ளதை×6. [S₂O₃²⁻] = இதை×(1000/24.0) = 0.050 mol dm⁻³.
நடைமுறை I இல்: மோல் S₂O₃²⁻ = (0.050/1000)×30.0. சமன்பாடு 1+2 இணைத்தால்: Cu²⁺ ≡ S₂O₃²⁻ (1:1).
மோல் Cu²⁺ (25.0cm³) = (0.050/1000)×30.0. 500.0cm³ இல் மோல் Cu²⁺ = இதை×(500.0/25.0). நிறை Cu²⁺ = இதை×63.5 = 1.90 g.
% Cu = (1.90/2.80)×100.0 = 67.9% (68% ஏற்றுக்கொள்ளத்தக்கது).
(முறை 2: [S₂O₃²⁻]=M எனக் கருதி இரு நடைமுறைகளையும் ஒரே சமன்பாட்டில் இணைத்துத் தீர்த்தாலும் அதே M=0.050mol dm⁻³, அதே 67.9% விடை கிடைக்கும் -- இரண்டு முறைகளும் உத்தியோகபூர்வ MS இல் முழு மதிப்பெண் பெறுகின்றன.)
3. இறுதிப்புள்ளி நிற மாற்றங்கள்: நடைமுறை I -- நீலம் → நிறமற்றது. நடைமுறை II -- நீலம் → (வெளிர்) பச்சை.
2012/str/10(b) சோடியம் சல்பைட்டு (Na₂SO₃) சில வேளைகளில் தொத்திறைச்சிக் கறியில் ஒரு பாதுகாப்புப் பொருளாகச் சேர்க்கப்படுகிறது. இறைச்சி மாதிரி ஒன்றில் இப்பாதுகாப்புப் பொருளின் (Na₂SO₃) அளவைத் தீர்மானிக்க பின்வரும் நடைமுறை பயன்படுத்தப்பட்டது.
படி 1: ஒரு கிலோகிராம் (1.00 kg) இறைச்சி மிகையான நீர்க்கரை HCl உடன் கொதிக்கவைக்கப்பட்டது.
படி 2: வெளியேறிய வாயு, மிகையான 0.050 mol dm⁻³ I₂ கரைசலால் முழுமையாக உட்கிரகிக்கப்பட்டது. பயன்படுத்தப்பட்ட I₂ கரைசலின் கனவளவு 40.0 cm³.
படி 3: படி 2 இலிருந்து கிடைத்த கரைசல், ஸ்டார்ச் சுட்டியைப் பயன்படுத்தி 0.100 mol dm⁻³ Na₂S₂O₃ கரைசலுடன் நியமிக்கப்பட்டது. தேவைப்பட்ட Na₂S₂O₃ கரைசலின் கனவளவு 26.0 cm³. (O=16, Na=23, S=32)
(i) மேலுள்ள நடைமுறையில் உள்ளடங்கிய மூன்று படிகளுக்கான சமப்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாடுகளை எழுதுக. (ii) 1.00 kg இறைச்சி மாதிரியில் காணப்படும் Na₂SO₃ இன் அளவை மோல்களில் கணக்கிடுக. (iii) இறைச்சி மாதிரிகளில் காணப்படும் பாதுகாப்புப் பொருளின் அளவு பொதுவாக மில்லியனுக்கான பங்குகளில் (ppm) வெளிப்படுத்தப்படுகிறது (1 ppm = 10⁶g இறைச்சியில் 1g Na₂SO₃). பகுதி (ii) இல் தீர்மானிக்கப்பட்ட Na₂SO₃ அளவை ppm இல் வெளிப்படுத்துக. (iv) நியமிப்பின் இறுதிப்புள்ளியில் ஏற்படும் நிற மாற்றத்தைக் குறிப்பிடுக.
(ii) மோல் S₂O₃²⁻ = (0.100/1000)×26.0. மோல் I₂ (S₂O₃²⁻ உடன் தாக்கமடைந்தது) = [(0.100/1000)×26.0]/2. மோல் I₂ சேர்க்கப்பட்டது = (0.050/1000)×40.0.
மோல் I₂ (SO₂²⁻/SO₂ உடன் தாக்கமடைந்தது) = (0.050/1000)×40.0 - (0.100/1000)×26.0/2 = 7.0×10⁻⁴ mol.
இதுவே மோல் SO₂ = மோல் Na₂SO₃ (1:1 விகிதம், படி 1 இலிருந்து): 1.00 kg இறைச்சியில் Na₂SO₃ = 7.0×10⁻⁴ mol.
(iii) Na₂SO₃ இன் மோலார் நிறை = 126 g mol⁻¹. நிறை Na₂SO₃ (1kg இறைச்சியில்) = 7.0×10⁻⁴×126 = 0.088 g.
10⁶g இறைச்சியில் அளவு = (0.088/1000)×10⁶ = 88 ppm.
(iv) நிற மாற்றம்: நீலம் இலிருந்து நிறமற்றது (ஸ்டார்ச்-அயடின் நிறம் மறைதல்).
66. 🟢 2021/P1/Q27 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
அமில ஊடகத்தில் ஒரு மோல் Fe(NO₂)₂ உடன் முற்றாகத் தாக்கம்புரிவதற்குத் தேவையான KMnO₄ இன் மோல்களின் எண்ணிக்கை ஆனது (குறிப்பு: அமிலநிலைமைகள் காரணமாக ஏற்படும் NO₂⁻ இன் இழப்பைப் புறக்கணிக்குக).
(1) 1 (2) 5/4 (3) 5/3 (4) 3/5 (5) 4/5
விடை: (1) 1.
Fe(NO₂)₂ இல் Fe²⁺ உம் 2 NO₂⁻ உம் உள்ளன -- இரண்டும் MnO₄⁻ ஆல் ஒட்சியேற்றப்படும்:
Fe²⁺→Fe³⁺+e⁻ (1 e⁻ இழப்பு). NO₂⁻→NO₃⁻+2H⁺+2e⁻ (2 e⁻ இழப்பு ஒவ்வொன்றுக்கும், 2 NO₂⁻ இற்கு மொத்தம் 4 e⁻).
ஒரு மோல் Fe(NO₂)₂ இற்கு மொத்த இலத்திரன் இழப்பு = 1+4 = 5 e⁻.
MnO₄⁻+8H⁺+5e⁻→Mn²⁺+4H₂O (ஒரு MnO₄⁻ இற்கு 5 e⁻ ஏற்பு).
தேவையான KMnO₄ மோல்கள் = மொத்த இலத்திரன்கள்/5 = 5/5 = 1.
67. 🟢 2021/P1/Q33 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
M²⁺(aq)/M(s) என்னும் மின்வாய் மின்னழுத்தம் அளவிடப்படும்போது, அது பின்வரும் எக்காரணியை/காரணிகளைச் சார்ந்திருக்கும்?
a. M(s) இன் மேற்பரப்புப் பரப்பளவு b. M²⁺(aq) இன் செறிவு c. வெப்பநிலை d. M²⁺(aq) கரைசலின் கனவளவு
(1) (a),(b) மாத்திரம் சரி (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி (3) (c),(d) மாத்திரம் சரி (4) (d),(a) மாத்திரம் சரி (5) வேறு எண்/சேர்மானம் சரி
விடை: (2) (b),(c) மாத்திரம் சரி.
Nernst சமன்பாடு: E=E°+(RT/nF)ln[M²⁺] -- இதில் வெப்பநிலை (T) உம் செறிவு [M²⁺] (b) உம் நேரடியாகத் தோன்றுகின்றன -- இரண்டும் மின்வாய் மின்னழுத்தத்தைப் பாதிக்கும் மெய்யான காரணிகள்.
a தவறு: மின்வாய் மின்னழுத்தம் ஒரு தீவிரப் பண்பு (intensive property) -- திண்ம உலோகத்தின் மேற்பரப்புப் பரப்பளவு தாக்க வீதத்தை (மின்னோட்டத்தை) பாதிக்கலாம், ஆனால் சமநிலை மின்னழுத்தத்தை மாற்றாது.
d தவறு: மின்னழுத்தம் செறிவைப் பொறுத்தது (தீவிரப் பண்பு), கரைசலின் மொத்த கனவளவை/அளவை (விரிவுப் பண்பு) அல்ல -- செறிவு மாறாதவரை கனவளவு மாறினாலும் மின்னழுத்தம் மாறாது.
b,c மாத்திரம் சரி என்பதால் (2).
68. 🟢 2021/P1/Q41 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: அமில MnO₄⁻ கரைசலை H₂O₂ உடன் பரிகரிக்கும்போது அது O₂ ஐ வெளியிட்டு நிறமற்றுப் போகும், அதேவேளை அமில Fe²⁺ கரைசலை H₂O₂ உடன் பரிகரிக்கும்போது மஞ்சள்-கபில நிறமாக மாறும்.
இரண்டாம் கூற்று: அமில ஊடகத்தில் H₂O₂ ஆனது ஒட்சியேற்றும் காரணியாகவும் ஒட்சிஇறக்கும் காரணியாகவும் தொழிற்படலாம்.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (1) -- இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம்.
முதலாம் கூற்று சரி -- MnO₄⁻ (ஊதா) + H₂O₂ (இங்கு ஒட்சிஇறக்கும் காரணி) → Mn²⁺ (நிறமற்றது) + O₂; Fe²⁺ + H₂O₂ (இங்கு ஒட்சியேற்றும் காரணி) → Fe³⁺ (மஞ்சள்-கபிலம்).
இரண்டாம் கூற்று சரி, மற்றும் சரியான விளக்கம் -- H₂O₂ இன் இரட்டை ஒட்சியேற்ற-ஒட்சிஇறக்க இயல்பே, மேலுள்ள இரு வெவ்வேறு அவதானிப்புகளுக்கும் காரணம்.
எனவே (1).
69. 🟢 2021/P1/Q43 -- உண்மையான தேர்வுக் கேள்வி
முதலாம் கூற்று: Cl₂ வாயு நீருடன் தாக்கம்புரியும்போது இருவழிவிகாரத்துக்குட்பட்டு HOCl(aq) ஐயும் HCl(aq) ஐயும் தரும்.
இரண்டாம் கூற்று: குளோரினின் ஒட்சோ அமிலங்களில் HOCl அதிகூடிய ஒட்சியேற்றும் ஆற்றலைக் கொண்டது.
(1) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கம் (2) இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று (3) முதலாம் கூற்று சரி, இரண்டாம் கூற்று தவறு (4) முதலாம் கூற்று தவறு, இரண்டாம் கூற்று சரி (5) இரண்டும் தவறு
விடை: (2) -- இரண்டும் சரி, இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று.
முதலாம் கூற்று சரி -- Cl₂+H₂O⇆HOCl+HCl (Cl இன் ஆக்ஸி நிலை 0 இலிருந்து HOCl இல் +1 உம் HCl இல் -1 உம் ஆக மாறும் இருவழிவிகாரம்).
இரண்டாம் கூற்று சரி -- HOCl (Cl இன் +1 நிலை), HClO₂ (+3), HClO₃ (+5), HClO₄ (+7) ஆகியவற்றுள், குறைந்த ஆக்ஸி நிலையிலுள்ள HOCl ஆனது (ஆச்சரியமாகவே) அதிகூடிய ஒட்சியேற்றும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது (ஒட்சி அமிலத் தொடரில் ஒரு நன்கறியப்பட்ட விதிவிலக்கு).
ஆனால் இரண்டாம் கூற்று முதலாம் கூற்றுக்குச் சரியான விளக்கமன்று -- Cl₂ நீருடன் இருவழிவிகாரமடைவது (முதலாம் கூற்று) அத்தாக்கத்தின் தனித்த வெப்ப-இயக்கவியல்/சமநிலைப் பண்புகளால் நிர்ணயிக்கப்படுகிறது, HOCl இன் ஒப்பீட்டு ஒட்சியேற்றும் ஆற்றலால் அல்ல.
எனவே (2).
2021/P2/Q2(d) D ஆனது இரு மூலகங்களைக் கொண்ட ஒரு சேர்வை. இவ்விரு மூலகங்களும் C இலும் காணப்படுகின்றன.
(i) C(aq) ஐ மிகையான D(aq) உடன் அமில ஊடகத்தில் கலக்கும்போது ஒரு செம்பழுப்பு நிறக் கரைசல் கிடைக்கிறது. I. D ஐ இனங்காணுக. II. நிகழும் தாக்கத்திற்கான சமப்படுத்திய அயனிச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
(ii) மேலுள்ள (i) இல் கிடைத்த செம்பழுப்பு நிறக் கரைசலுக்கு B கொண்ட ஒரு கரைசலின் மிகையைச் சேர்க்கும்போது, செம்பழுப்பு நிறக் கரைசல் நிறமற்றுப் போகிறது. நிகழும் தாக்கத்திற்கான சமப்படுத்திய அயனிச் சமன்பாட்டை எழுதுக.
(iii) மேலுள்ள (i), (ii) தாக்கங்களைப் பயன்படுத்தி B கொண்ட ஒரு கரைசலின் செறிவை கனவளவு பகுப்பாய்வு மூலம் தீர்மானிக்க முடியும். பயன்படுத்தக்கூடிய ஒரு சுட்டியையும் இறுதிப்புள்ளியில் எதிர்பார்க்கப்படும் நிற மாற்றத்தையும் தருக.
II. IO₃⁻+5I⁻+6H⁺→3I₂+3H₂O (அல்லது IO₃⁻+8I⁻+6H⁺→3I₃⁻+3H₂O).
(ii) I₂+2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+2I⁻ (அல்லது I₃⁻+2S₂O₃²⁻→S₄O₆²⁻+3I⁻).
(iii) சுட்டி: ஸ்டார்ச். நிற மாற்றம்: நீலம்/கருநீலம்/நீலஊதா நிறமிலிருந்து நிறமற்றது ஆக மாறும்.
2021/P2/Q7(a) L,M,N உலோகக் கம்பிகளும் L²⁺,M²⁺,N²⁺ கரைசல்களும் (ஒவ்வொன்றும் 1.0 mol dm⁻³) தரப்பட்டுள்ளன. N ஐ M²⁺ கரைசலில் அமிழ்த்தும்போது M²⁺ M ஆக ஒடுக்கப்படுகிறது; N ஐ L²⁺ கரைசலில் அமிழ்த்தும்போது L²⁺ L ஆக ஒடுக்கப்படுவதில்லை.
(i) காரணங்களுடன் L,M,N ஐ அவற்றின் ஒடுக்கும் திறனின் அதிகரிக்கும் வரிசையில் அடுக்குக். (ii) L²⁺(aq)/L(s) மின்வாயையும் ஏனைய இரு மின்வாய்களையும் பயன்படுத்திக் கட்டப்பட்ட இரு மின்வேதியியல் கலங்களின் EMF கள் +0.30V, +1.10V (E°L²⁺/L=-0.80V). E°M²⁺/M, E°N²⁺/N ஐக் கணக்கிடுக. (iii) L, N இற்கிடையே ஒரு பொட்டன்சியோமீட்டர் (P) இணைக்கப்பட்ட, A(L²⁺/L)-உப்புப்பாலம்-B(M²⁺/M)-கம்பி-C(M²⁺/M)-உப்புப்பாலம்-D(N²⁺/N) என்னும் தொடர் அமைப்பு தரப்பட்டது. I. பொட்டன்சியோமீட்டர் அளவைக் கணக்கிடுக. II. P ஐ அகற்றி L,N ஐ ஒரு கடத்தி மூலம் இணைக்கும்போது A,B,C,D ஒவ்வொன்றிலும் நிகழும் மின்வாய்த் தாக்கங்களைத் தருக. (75 புள்ளிகள்)
Q7(b) மாங்கனீசு (Mn) பற்றிய: (i) Mn இன் முழுமையான இலத்திரன் நிலையமைப்பு. (ii) Mn இன் மூன்று பொதுவான ஒட்சியேற்ற நிலைகள். (iii) MnSO₄·H₂O நீரில் கரைக்கும்போது கரைசல் P கிடைக்கிறது: I. P இன் நிறம். II. இந்நிறத்திற்குக் காரணமான species இன் வாய்பாடும் IUPAC பெயரும். (iv) அவதானிப்புகள்: I. P இற்கு நீர்த்த NaOH சேர்க்கும்போது. II. (I) இன் கலவை காற்றுக்கு வெளிப்படும்போது. III. (I) இன் கலவைக்குச் செறிந்த HCl சேர்க்கும்போது. (v) Mn இன் ஐந்து ஒக்சைட்களின் வாய்பாடுகளையும், ஒவ்வொன்றிலும் Mn இன் ஒட்சியேற்ற நிலையையும், ஒவ்வொன்றின் இயல்பையும் (அமிலம்/கார/ஈரியல்பு) தருக. (vi) Mn இன் மிகப் பொதுவான ஒட்சோ அயனியின் வாய்பாடு. (vii) (vi) இன் ஒட்சோ அயனி அமில, கார ஊடகங்களில் ஒட்சியேற்றும் காரணியாகச் செயற்படும் அரைத்தாக்க அயனிச் சமன்பாடுகள். (viii) நீரின் தர அளவீட்டில் MnSO₄ இன் ஒரு பயன். (75 புள்ளிகள்)
(ii) அதிகூடிய Ecell(1.10V) L,M இற்கிடையே; குறைந்த Ecell(0.30V) L,N இற்கிடையே. E°M²⁺/M-E°L²⁺/L=1.10 ⇒ E°M²⁺/M=0.30V. E°N²⁺/N-E°L²⁺/L=0.30 ⇒ E°N²⁺/N=-0.50V.
(iii).I நடுவிலுள்ள M-M ஜோடி (B,C) ஒரே செறிவில் ஒரே தாக்கத்தை ஒடுக்கமாகவும் ஒட்சியேற்றமாகவும் இணையாகக் கொண்டிருப்பதால் அவற்றின் பங்களிப்பு ஒன்றையொன்று ரத்துச்செய்யும் -- P=E°N²⁺/N-E°L²⁺/L=-0.50-(-0.80)=0.30V.
II. A: L(s)→L²⁺(aq)+2e (ஒட்சியேற்றம், anode). B: M²⁺(aq)+2e→M(s) (ஒடுக்கம்). C: M(s)→M²⁺(aq)+2e (ஒட்சியேற்றம் -- B,C இடையிலான கம்பி வழியே இலத்திரன்கள் C இலிருந்து B இற்குப் பாய்கின்றன). D: N²⁺(aq)+2e→N(s) (ஒடுக்கம், cathode).
(b)(i) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s².
(ii) +2,+3,+4,+7 (ஏதேனும் மூன்று).
(iii).I மிகவும் வெளிர் இளஞ்சிவப்பு/நிறமற்றது (dilute Mn²⁺). II. [Mn(H₂O)₆]²⁺(aq) -- hexaaquamanganese(II) ion.
(iv).I வெண்/குரீம் நிற வீழ்படிவு (Mn(OH)₂). II. கபில/கருப்பு-கபில வீழ்படிவு (காற்றின் O₂ ஆல் Mn(OH)₂→MnO(OH)₂/Mn(OH)₃ ஒட்சியேற்றம்). III. மஞ்சள்/பச்சை-மஞ்சள் கரைசல் (MnCl₂ வகைக் கரைசல் மீண்டும் உருவாகுதல்).
(v) MnO(+2,அடிப்படை) Mn₂O₃(+3,பலவீன அடிப்படை) MnO₂(+4,ஈரியல்பு) MnO₃(+6,பலவீன அமிலம்) Mn₂O₄(+7,அமிலம்).
(vi) MnO₄⁻ (பெர்மாங்கனேட்).
(vii) அமிலம்: MnO₄⁻(aq)+8H⁺(aq)+5e→Mn²⁺(aq)+4H₂O(l). காரம்: MnO₄⁻(aq)+2H₂O(l)+3e→MnO₂(s)+4OH⁻(aq).
(viii) நீர் மாதிரிகளில் கரைந்த O₂ ஐத் தீர்மானித்தல் (Winkler முறை).
2021/P2/Q9(a) நீர்க்கரைசல் Q ஆனது A,B,C,D எனும் நான்கு உலோக நேர்-அயன்களைக் கொண்டுள்ளது. கீழுள்ள திட்டப்படி Q ஆனது தாக்கங்களுக்கு உட்படுத்தப்பட்டது (பாய்வுப்படம்: Q--நீர்த்த HCl-->வெண் வீழ்படிவு A₁+நிறமற்ற வடிகட்டி; A₁ சூடான நீரில் கரைந்து குளிர்ந்தால் மீளவும் A₁ ஆக வீழ்படியும்; இச்சூடான கரைசல் KI(aq) உடன் A₂ மஞ்சள் வீழ்படிவையும், H₂S உடன் A₃ கருப்பு வீழ்படிவையும் தரும்; அசல் நிறமற்ற வடிகட்டி H₂S உடன் A₃ கருப்பு வீழ்படிவைத் தந்து வடிகட்டப்பட்டு, மீதி (1)கொதிக்க (2)செறிந்த HNO₃/Δ (3)குளிர வைத்தல் (4)NH₄OH/NH₄Cl மூலம் வெண் ஜெலட்டின வீழ்படிவு(*) தந்து, வடிகட்டி B₁+நிறமற்றது; B₁ மிகையான நீர்த்த NaOH இல் கரைந்து B₂ நிறமற்றது தரும்; மீதி H₂S உடன் C₁ வெண் வீழ்படிவு தந்து, நீர்த்த HCl இல் கரைந்து, நீர்த்த NaOH உடன் C₂ வெண் வீழ்படிவு தந்து, மிகை NaOH இல் நிறமற்றதாகக் கரையும்; மீதி (1)கொதிக்க (2)குளிர (3)NH₄OH/NH₄Cl (4)(NH₄)₂CO₃/Δ மூலம் D₁ வெண் வீழ்படிவு தந்து, செறிந்த HCl+சுவாலைச் சோதனையில் சிவப்பு-சிவந்த (crimson) சுவாலை தரும்).
(i) A₁,A₂,A₃,B₁,B₂,C₁,C₂,D₁ இன் இரசாயன வாய்பாடுகளை மாத்திரம் தருக. (ii) வெண் ஜெலட்டின வீழ்படிவைப் (*) பெறும்போது NH₄OH/NH₄Cl ஐ ஓர் வினைபடுபொருளாகப் பயன்படுத்துவதற்கான காரணத்தைத் தருக.
B₁=Al(OH)₃ (வெண் ஜெலட்டின, குழு III ஐதரொட்சைட்டு). B₂=NaAlO₂ (அல்லது [Al(OH)₄]⁻ -- ஈரியல்பு Al(OH)₃ மிகை NaOH இல் கரைதல்).
C₁=ZnS (வெண், குழு IV சல்பைட்டு, NH₄OH/NH₄Cl தாங்கலில் வீழ்படியும்). C₂=Zn(OH)₂ (வெண், ஈரியல்பு, மிகை NaOH இல் கரையும்).
D₁=SrCO₃ (வெண், குழு V கார்பனேட்டு -- Sr²⁺ இற்குரிய crimson சுவாலைச் சோதனை).
(ii) NH₄OH ஆனது குழு III அயன்களை (Fe³⁺,Al³⁺,Cr³⁺) ஐதரொட்சைட்டுகளாக வீழ்படியச் செய்யும் அளவுக்குப் போதிய OH⁻ ஐ வழங்க வேண்டும், ஆனால் குழு IV அயன்களையும் (Zn²⁺,Mn²⁺,Co²⁺,Ni²⁺) ஒருங்கே வீழ்படியச் செய்யுமளவு அதிகமாக இருக்கக்கூடாது. NH₄Cl சேர்ப்பது (பொது-அயன் விளைவு மூலம், NH₄OH⇆NH₄⁺+OH⁻ சமநிலையை இடதுபுறமாக நகர்த்தி) கரைசலின் [OH⁻] ஐக் குறைக்கிறது -- குழு III ஐதரொட்சைட்டுகளின் (குறைந்த Ksp) வீழ்படிவுக்குப் போதுமான அளவிலேயே, ஆனால் குழு IV ஐதரொட்சைட்டுகளின் (அதிக Ksp) வீழ்படிவுக்குப் போதாத அளவிலேயே [OH⁻] ஐ வைத்திருக்கச் செய்கிறது -- இது இரு குழுக்களையும் தூய்மையாகப் பிரிக்கிறது.
2025/P2/Q7(a) 3Cu⁺(aq)+Au³⁺(aq)→3Cu²⁺(aq)+Au(s) தாக்கத்தின் மின்வேதியியல் நடத்தையை ஆராய, Au(s) மின்வாய் 1.0mol dm⁻³ Au(NO₃)₃(aq) கொண்ட பீக்கரிலும், Pt(s) மின்வாய் 1.0mol dm⁻³ ஒவ்வொன்றும் கொண்ட CuNO₃(aq)+Cu(NO₃)₂(aq) கொண்ட மற்றொரு பீக்கரிலும் வைக்கப்பட்டு, செறிந்த KNO₃(aq) உப்புப்பாலமும் ஒரு மின்னழுத்தமானியும் மூலம் இணைக்கப்பட்டன. E°Au³⁺/Au=1.50V, E°Cu²⁺/Cu⁺=0.16V (25°C).
(i) கலத்தின் ஓவியத்தை வரைக. (ii) anode, cathode ஐ இனங்கண்டு அரைத்தாக்கங்களை எழுதுக. (iii) நேர்/எதிர் முனையங்களை இனங்காணுக. (iv) E°cell ஐக் கணக்கிடுக. (v) Pt(s) மின்வாயின் நிறை அதிகரிக்குமா, குறையுமா, மாறாமலிருக்குமா? விளக்குக. (vi) Au(s)-அரைக்கலத்தில் கலம் இயங்குவதற்கு முன்னும் பின்னும் காணப்படும் அயனிச் சிற்றினங்களைத் தருக. (vii) 25°C இல் 30 நிமிடங்கள் கலம் இயங்கியபின், 0.197g Au(s) படிந்தது. I. படிந்த Au மோல்களைக் கணக்கிடுக (Au=197). II. மின்னோட்டம் மாறாதெனக் கொண்டு, அந்நேரத்தில் பாய்ந்த மின்னோட்டத்தை (mA) கணக்கிடுக.
(iii) நேர் முனையம்: Au³⁺|Au (cathode). எதிர் முனையம்: Cu²⁺|Cu⁺ (Pt மின்வாய், anode).
(iv) E°cell=E°cathode-E°anode=1.50-0.16=1.34V.
(v) மாறாமலிருக்கும் -- Pt ஒரு மந்த (inert) மின்வாய், அது தாக்கத்தில் பங்கேற்காது; Cu(s) எதுவும் படியாது.
(vi) கலம் இயங்குவதற்கு முன்: Au³⁺(aq), NO₃⁻(aq). பின்: Au³⁺(aq), NO₃⁻(aq), மற்றும் K⁺(aq) (Au³⁺ ஒடுக்கப்படும்போது ஏற்படும் நேர் மின்சுமை குறைவை ஈடுசெய்ய, உப்புப்பாலத்திலிருந்து K⁺ அயன்கள் இக்கலவறைக்குள் இடம்பெயர்கின்றன).
(vii).I மோல் Au=0.197/197=1.0×10⁻³ mol.
II. Au³⁺+3e→Au என்பதால், மோல் e⁻=3×1.0×10⁻³=3.0×10⁻³mol. மின்சுமை Q=nF=3.0×10⁻³×96500=289.5C. மின்னோட்டம் I=Q/t=289.5/(30×60)=289.5/1800=0.161A = 161mA.
2025/P2/Q7(b)(i) A,B,C,D,E ஒருங்கிணைவுச் சேர்வைகள், அனைத்தும் எண்முகி வடிவவியல் கொண்டவை. பட்டியல்: Na⁺, Cu⁺, Cu²⁺, Br⁻, NH₃.
A: இரு வகை ஈந்தணைகள் சம எண்ணிக்கையில் ஒருங்கிணைந்துள்ளன; சிக்கல் அயனியின் ஏற்றம் -1. B: இரு வகை ஈந்தணைகள் ஒருங்கிணைந்துள்ளன; B இன் கரைசலுக்கு AgNO₃ சேர்க்கும்போது செறிந்த NH₄OH இல் கரையும் வெளிர்மஞ்சள் வீழ்படிவு கிடைக்கும். C, D: இரண்டும் ஒரே மூலகங்களைக் கொண்டவை; C இன் சிக்கல் அயனி ஏற்றம் -2, D இன் ஏற்றம் -3. E: ஒரே ஒரு வகை ஈந்தணை மாத்திரம் ஒருங்கிணைந்துள்ளது; E நீர்க்கரைசலில் இரு அயன்களைத் தரும்.
I. A-E இன் கட்டமைப்பு வாய்பாடுகளைத் தருக. II. E இன் IUPAC பெயரைத் தருக.
(ii) X, Y ஆகியன d-தொகுப்பு உலோக அயன் M(II) இன் சிக்கல் அயன்கள், நான்கோண-தள வடிவவியல் கொண்டவை. X: எத்திலீன்டையமீன் (en) மாத்திரம் M(II) உடன் ஒருங்கிணைந்துள்ளது. Y: en உம் H₂O உம் ஒருங்கிணைந்துள்ளன. X, Y இன் கட்டமைப்பு வாய்பாடுகளைத் தந்து அவற்றின் கட்டமைப்புகளை வரைக. (en=NH₂-CH₂-CH₂-NH₂, இரு N அணுக்கள் வழியாக ஒருங்கிணைகிறது.)
B: [CuBr(NH₃)₅]Br -- உட்கிடையில் Br⁻+NH₃ (இரு வகைகள்), வெளியில் ஒரு தனித்த Br⁻ -- AgNO₃ உடன் AgBr (வெளிர்மஞ்சள், செறிந்த NH₄OH இல் கரையும்) தரும்.
C: Na₂[CuBr₄(NH₃)₂] (Cu²⁺: 2-4=-2) அல்லது Na₂[CuBr₃(NH₃)₃] (Cu⁺: 1-3=-2).
D: Na₃[CuBr₅(NH₃)] (Cu²⁺: 2-5=-3) அல்லது Na₃[CuBr₄(NH₃)₂] (Cu⁺: 1-4=-3).
E: [Cu(NH₃)₆]Br -- ஒரே ஈந்தணை (NH₃×6), Cu⁺ (ஏற்றம்=+1) + 1 வெளிப்புற Br⁻ -- நீரில் 2 அயன்கள் ([Cu(NH₃)₆]⁺ + Br⁻) தரும். IUPAC பெயர்: hexaamminecopper(I) bromide.
(ii) X: [M(en)₂]²⁺ -- 2 en (இருபல்) × 2 N அணுக்கள் = 4 ஒருங்கிணைவு இடங்கள் (நான்கோண-தளம்).
Y: [M(en)(H₂O)₂]²⁺ -- 1 en (2 N) + 2 H₂O (ஒருங்கிணைவு) = 4 இடங்கள்.
2025/P2/Q9(a) நீர்க்கரைசல் Y ஆனது நான்கு நேர்-அயன்கள் P,Q,R,S ஐக் கொண்டுள்ளது. இவற்றை இனங்காண பின்வரும் பரிசோதனைகள் தொடராக மேற்கொள்ளப்பட்டன:
1. Y நீர்த்த HCl உடன் அமிலமாக்கப்பட்டது → வெண் வீழ்படிவு P₁. 2. P₁ வடிகட்டப்பட்டு, வடிகட்டலினூடாக H₂S செலுத்தப்பட்டது → வீழ்படிவு இல்லை. 3. வடிகட்டல் கொதிக்கவைக்கப்பட்டு H₂S முழுமையாக நீக்கப்பட்டது; சில துளிகள் செறிந்த HNO₃ சேர்க்கப்பட்டு கொதிக்கவைத்து, குளிர்வித்து, NH₄Cl/NH₄OH சேர்க்கப்பட்டது → கபில வீழ்படிவு Q₁. 4. Q₁ வடிகட்டப்பட்டு, வடிகட்டலினூடாக H₂S செலுத்தப்பட்டது → கருப்பு வீழ்படிவு R₁. 5. R₁ வடிகட்டப்பட்டு, வடிகட்டல் கொதிக்கவைக்கப்பட்டு H₂S நீக்கப்பட்டு, குளிர்வித்து NH₄Cl/NH₄OH சேர்க்கப்பட்டு, சூடாக்கப்பட்டு மிகையான (NH₄)₂CO₃(aq) சேர்க்கப்பட்டது → வெண் வீழ்படிவு S₁.
வீழ்படிவுகளுக்கான உறுதிப்படுத்தல் சோதனைகள்: P₁+நீர்த்த NH₄OH→நிறமற்ற கரைசல் P₂; P₂+KI(aq)→கருமஞ்சள் வீழ்படிவு P₃; P₂+Na₂S₂O₃(aq)/Δ→கருப்பு வீழ்படிவு P₄. Q₁ நீர்த்த HNO₃ இல் கரைக்கப்பட்டது; +NH₄SCN(aq)→ஆழ்சிவப்பு கரைசல் Q₂; +K₄[Fe(CN)₆](aq)→கருநீல வீழ்படிவு Q₃. R₁ சூடான நீர்த்த HCl இல் கரைக்கப்பட்டது; +சிறிதளவு நீர்த்த NH₄OH→பச்சை வீழ்படிவு R₂; +மிகை நீர்த்த NH₄OH→ஆழ்நீலக் கரைசல் R₃; +சிறிதளவு நீர்த்த NH₄OH/DMG→ஆழ்சிவப்பு வீழ்படிவு R₄. S₁ நீர்த்த HCl இல் கரைக்கப்பட்டது; +நீர்த்த H₂SO₄→நீர்த்த HNO₃ இல் கரையாத வெண் வீழ்படிவு S₂; +K₂CrO₄(aq)→மஞ்சள் வீழ்படிவு S₃; சுவாலைச் சோதனை→வெளிர் பச்சை சுவாலை.
நான்கு நேர்-அயன்களையும் P₁-P₄, Q₁-Q₃, R₁-R₄, S₁-S₃ இன் இரசாயன வாய்பாடுகளையும் தருக.
Q = Fe²⁺/Fe³⁺. Q₁=Fe(OH)₃ (கபில, HNO₃ ஆல் Fe²⁺→Fe³⁺ ஒட்சியேற்றத்தின் பின்). Q₂=Fe(SCN)₃ (ஆழ்சிவப்பு). Q₃=Fe₄[Fe(CN)₆]₃ (பிரஷியன் நீலம், கருநீலம்).
R = Ni²⁺. R₁=NiS (கருப்பு). R₂=Ni(OH)₂ (பச்சை). R₃=[Ni(NH₃)₆]²⁺ (ஆழ்நீலம்). R₄=[Ni(DMG)₂] (dimethylglyoxime சிக்கல், ஆழ்சிவப்பு).
S = Ba²⁺. S₁=BaCO₃ (வெண்). S₂=BaSO₄ (வெண், HNO₃ இல் கரையாது). S₃=BaCrO₄ (மஞ்சள்). சுவாலைச் சோதனை: Ba²⁺ இற்குரிய வெளிர் பச்சை நிறம்.