১. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
দুই পাত্র stopcock দিয়ে যুক্ত, তাপমাত্রা 27°C। A গ্যাস 450mL,100kPa; B গ্যাস 550mL,1.2atm।
$[27 °C$ তাপমাত্রায় গ্যাস মিশ্রণের পর্যবেক্ষিত মোট চাপ $1 atm]$
এখানে, $A$ গ্যাসের ক্ষেত্রে,
চাপ, $\mathrm{P}_{\mathrm{A}}=100 \mathrm{kPa}=0.9869 \mathrm{~atm}$
আয়তন, $\mathrm{V}_{\mathrm{A}}=450 \mathrm{~mL}$
তাপমাত্রা, $\mathrm{T}_{\mathrm{A}}=27^{\circ} \mathrm{C}=300 \mathrm{~K}$
$STP$ তে,
$\begin{aligned} & \mathrm{P}_1=1 \mathrm{~atm} \\ & \mathrm{~T}_1=0^{\circ} \mathrm{C}=273 \mathrm{~K} \\ & \mathrm{~V}_1=?\end{aligned}$
বয়েল ও চার্লসের সমন্বয় সূত্রানুসারে-
$\frac{P_{A} V_{A}}{T_{A}}=\frac{P_1 V_1}{T_1}$
বা, $\quad V_1=\frac{P_{\Delta} V_{\Delta} \times T_1}{T_A \times P_1}$
$\begin{aligned} & =\frac{0.9869 \times 450 \times 273}{300 \times 1} \\ \therefore \mathrm{~V}_1 & =404.14 \mathrm{~mL}\end{aligned}$
সুতরাং, $STP$ তে $A$ গ্যাসের আয়তন $404.14~mL$ ।
এখানে STP বলতে উৎসের 0°C ও 1atm convention ব্যবহার করা হয়েছে।
একই 27°C-এ, বিক্রিয়াহীন আদর্শ গ্যাস এবং সংযোগনলের আয়তন উপেক্ষণীয় ধরে মোট আয়তন১০০০ mL। A-এর আংশিক চাপ $(100/101.325)\times450/1000=0.44412\,atm$ এবং B-এর $1.2\times550/1000=0.66000\,atm$। তাই প্রত্যাশিত মোট $1.10412\,atm$।
পর্যবেক্ষিত১ atm এই অনুমানগুলোর পূর্বাভাসের সঙ্গে মেলে না। গ্যাসের পারস্পরিক বিক্রিয়া, adsorption, leakage, nonideal আচরণ বা পরিমাপের সমস্যা কোনটি কারণ, উৎস থেকে বলা যায় না। ফলে উপাত্তটিকে প্রদত্ত আদর্শ মডেলের অসংগতি হিসেবে চিহ্নিত করা যায়; ডাল্টনের সূত্রই খণ্ডিত হয়েছে এমন সাধারণ সিদ্ধান্ত নয়।
২. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
হাকেল নিয়ম অনুসারে, বেনজিন একটি অ্যারোমেটিক যৌগ। কারণ, রঞ্জন রশ্মির সাহায্যে বিশ্লেষণ করে দেখা গেছে বেনজিন অণু চক্রাকার, চ্যাপ্টা বা সমতলীয়। দ্বিবন্ধনযুক্ত প্রতি কার্বনে $p$ অরবিটাল আছে। তিনটি দ্বিবন্ধনের জন্য $\pi$ ইলেকট্রন সংখ্যা $3 \times 2 = 6$ টি যা হাকেলের নীতির সাথে পুরোপুরি সামঞ্জস্যপূর্ণ। এক্ষেত্রে,
বেনজিন $C_6H_6$-এ৬ pi-electron: $4n+2=6\Rightarrow n=1$। সমতল cyclic conjugated বলয় Huckel শর্ত মেনে aromatic।
অতএব, বেনজিন একটি অ্যারোমেটিক যৌগ।
এখানে,
মোল সংখ্যা, $n=\frac{W}{M}[\because W=4 \mathrm{~g} ; M=2]$
$=\frac{4}{2}=2 \mathrm{~mol}$
মোলার' গ্যাস ধ্রুবক,
$\mathrm{R}=8.314 \mathrm{~J} \mathrm{~K}^{-1} \mathrm{~mol}^{-1}$
তাপমাত্রা, T=27 $\{ \}^{\circ} \mathrm{C}=300 \mathrm{~K}$
উদ্দীপকের তথ্যমতে, $Q$ গ্যাসটি $\mathrm{H}_2$ (সবচেয়ে হালকা গ্যাস)। তাহলে $\mathrm{H}_2$ গ্যাসের গতিশক্তি,
$\begin{aligned} E_k & =\frac{3}{2} n R T \\ & =\frac{3}{2} \times 2 \times 8.314 \times 300 \\ & =7482.6 \mathrm{~J}\end{aligned}$
$\therefore 27^{\circ} \mathrm{C}$ তাপমাত্রায় $4 g Q$ গ্যাসের গতিশক্ত $7482.6 J$
P রেখায় $Z=1$, আদর্শ মডেল। Q রেখা প্রদর্শিত চাপে১-এর ওপরে উঠে; সেখানে finite-volume/repulsive প্রভাবের আপেক্ষিক প্রাধান্য আছে। Q-কে সবচেয়ে হালকা গ্যাস বলা থাকায় প্রশ্নের প্রচলিত মডেলে H2 ধরা হয়েছে, কিন্তু H2-এর আকর্ষণ ধ্রুবক a শূন্য নয় এবং সব তাপমাত্রা/চাপে $Z>1$—এমন নয়।
R রেখা প্রথমে১-এর নিচে নামে: ওই অঞ্চলে আকর্ষণজনিত ঋণাত্মক বিচ্যুতি। উচ্চ চাপে আবার উঠে P রেখা পার হয়; সেখানে finite-volume/repulsive প্রভাব বেশি। উৎসের পাশে শুধু $Z<1$ লেখা R-এর পুরো আঁকা রেখার জন্য সঠিক নয়।
একই P,T,n-এ Z আপেক্ষিক আয়তন নির্দেশ করে; মাত্র একটি Z মান থেকে সম্পূর্ণ isothermal compressibility derivative নির্ণয় করা যায় না।
৩. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
(i) শাখায়িত $C_4H_8\xrightarrow\{O_3;\ Zn/H_2O\}P\ (3C)+Q\ (1C)$।
(ii) সরলরেখীয় $C_4H_8\xrightarrow\{O_3;\ Zn/H_2O\}X\ (3C)+Q\ (1C)$।
উদ্দীপকের (i) নং বিক্রিয়াটি পূর্ণ করে পাই,
২-মিথাইলপ্রোপিনের বিজারণমূলক ozonolysis: $CH_2=C(CH_3)_2\rightarrow P\ (CH_3COCH_3)+Q\ (HCHO)$।
| পরীক্ষা/ধর্ম | Q: মিথান্যাল | P: প্রোপানোন |
|---|---|---|
| Fehling | লালচে $Cu_2O$ দেয় | সাধারণ পরীক্ষায় দেয় না |
| Tollens | silvermirror দেয় | সাধারণ পরীক্ষায় দেয় না |
| nucleophilicaddition | alkylgroup না থাকায় বেশি সক্রিয় | দুই methyl-এর +I/steric প্রভাবে কম সক্রিয় |
সুষম Fehling রূপ: $HCHO+2Cu(OH)_2+NaOH\rightarrow HCOONa+Cu_2O+3H_2O$।
টলেনের আয়নিক রূপ: $HCHO+2[Ag(NH_3)_2]^++3OH^-\rightarrow HCOO^-+2Ag+4NH_3+2H_2O$। উৎসের অসমতাকৃত জল/লবণ অংশ সংশোধিত।
উদ্দীপকের (ii) নং বিক্রিয়াটি পূর্ণ করে পাই-
বিউট-১-ইন $CH_3CH_2CH=CH_2\xrightarrow\{O_3;\ Zn/H_2O\}CH_3CH_2CHO\ (X)+HCHO\ (Q)$।
সুতরাং, $X$ ও $Q$ হলো যথাক্রমে প্রোপান্যাল $\left(\mathrm{CH}_3 \mathrm{CH}_2 \mathrm{CHO}\right)$ ও মিথান্যাল (H-CHO)। নিচে নিউক্লিওফিলিক সংযোজন বিক্রিয়ার ক্ষেত্রে প্রোপান্যাল ও মিথান্যাল এর মধ্যে সক্রিয়তার তুলনামূলক বিশ্লেষণ করা হলো-
Q মিথান্যাল ও X প্রোপান্যাল উভয় carbonyl যৌগ। $Nu^-$ carbonyl carbon-এ আক্রমণ করলে pi-electron O-তে সরে alkoxide হয়, পরে protonation-এ addition product। প্রোপান্যালের ethyl গ্রুপ +I প্রভাবে carbonyl carbon-এর আংশিক ধনাত্মকতা কমায় এবং আক্রমণে steric বাধা বাড়ায়; মিথান্যালে alkylgroup নেই। তাই সাধারণ nucleophilicaddition-এ $HCHO>CH_3CH_2CHO$।
৪. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
বিক্রিয়া-১-এ $CH_3CH_2CH_2Cl+KOH_{(aq)}\rightarrow CH_3CH_2CH_2OH+KCl$; B প্রোপান-১-অল। primary halide-এ $OH^-$, C–Cl বন্ধনের বিপরীত দিক থেকে carbon-এ আক্রমণ করে। একই transition state-এ C–O গঠন ও C–Cl বিচ্ছেদ ঘটে; এটি একধাপের SN2।
Rate উপযুক্ত শর্তে $k[RX][OH^-]$। Backside substitution-এ বিন্যাস উল্টায়, তবে এই carbon-এ দুই H থাকায় এটি chiral centre নয় এবং এখানে optical configuration বদল প্রমাণিত হয় না।
উৎসে বিক্রিয়া-২-এর উপরে aqueousKOH লেখা, কিন্তু propene উৎপাদের সঙ্গে তা অসংগত: propene পাওয়ার প্রচলিত শর্ত উত্তপ্ত alcoholicKOH। সেই সংশোধিত elimination মডেলে $CH_3CH_2CH_2Cl+KOH_{(alc)}\xrightarrow\{\Delta\}CH_3CH=CH_2+KCl+H_2O$; A প্রোপিন। aqueousKOH রাখলে সাধারণত substitution-এ propanol প্রত্যাশিত।
প্রোপিনে পারঅক্সাইড ছাড়া HBr সংযোজনে $CH_3CHBrCH_3$ (২-ব্রোমোপ্রোপেন) প্রধান এবং $CH_3CH_2CH_2Br$ গৌণ। অধিক স্থিতিশীল secondary-carbocation-সংশ্লিষ্ট পথ অনুকূল হওয়ায় Markovnikov উৎপাদ প্রধান।
কিন্তু carbocation stability থেকে নির্দিষ্ট৯০%/১০% সংখ্যা গণনা করা যায় না; পরীক্ষার পরিবেশ ও তথ্য প্রয়োজন। তাই এখানে প্রধান/গৌণ সম্পর্ক গ্রহণ করা হয়েছে, উৎসের নির্দিষ্ট শতাংশ যাচাইকৃত নয়।
৫. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
X হলো নাইট্রোবেনজিন। প্রথমে মিশ্র অ্যাসিড থেকে nitronium ion তৈরি হয়:
$HNO_3+H_2SO_4\rightleftharpoons H_2NO_3^++HSO_4^-$;
$H_2NO_3^+\rightarrow NO_2^++H_2O$। এখানে জল অপসারিত হয়, $OH^-$ নয়।
বেনজিনের pi-system $NO_2^+$ আক্রমণ করে resonance-stabilized sigma-complex গঠন করে। পরে $HSO_4^-$ proton অপসারণ করলে aromaticity ফিরে আসে: $C_6H_6+HNO_3\rightarrow C_6H_5NO_2+H_2O$ এবং catalyst পুনরুৎপন্ন হয়।
X নাইট্রোবেনজিন ও Y অ্যানিলিন (অম্লীয় reduction-এর পরে মুক্তকরণ ধরে)। মুক্ত অ্যানিলিন সাধারণ EAS-এ নাইট্রোবেনজিনের চেয়ে বেশি সক্রিয়: $-NH_2$ electron donation করে, $-NO_2$ electron withdrawal করে।
কিন্তু প্রশ্নটি নির্দিষ্টভাবে $AlCl_3$-সহ Friedel–Crafts alkylation-এর কথা বলেছে। এখানে নাইট্রোবেনজিন অতিরিক্ত নিষ্ক্রিয় বলে প্রচলিত বিক্রিয়া দেয় না; অ্যানিলিনের lonepair $AlCl_3$-এর সঙ্গে complex করে, ফলে এটিও সাধারণ Friedel–Crafts alkylation-এর উপযুক্ত substrate নয়।
তাই উৎসের৩০°C-এ অ্যানিলিনের সরাসরি ring-methylation এবং১০০°C-এ নাইট্রোবেনজিন থেকে meta-nitrotoluene পাওয়ার সমীকরণ গ্রহণযোগ্য নয়। সাধারণ EAS-এর সক্রিয়তার ক্রমকে এই বিশেষ বিক্রিয়ার সফলতার দাবি করা যায় না; প্রশ্নের তুলনার premise-এ সমস্যা রয়ে গেছে।
৬. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
| টাইট্রেশন | অ্যাসিড | ক্ষার |
|---|---|---|
| ১ | দ্বিক্ষারকীয় তীব্র অ্যাসিড, $9.8\times10^3$ppm | $Na_2CO_3$ দ্রবণ |
নির্দেশক- A, pH সীমা : 8.3 – 10
নির্দেশক– B, pH সীমা : 4.5-6.5
উৎসে শুধু দ্বিক্ষারকীয় তীব্র অ্যাসিড বলা, পরিচয় বা মোলার ভর দেওয়া নেই। ভরভিত্তিক৯৮০০ ppm, দ্রবণের ঘনত্ব $\rho\,g\,mL^{-1}$ এবং অ্যাসিডের মোলার ভর $M\,g\,mol^{-1}$ হলে১ L দ্রবণের ভর $1000\rho\,g$ ও দ্রবের ভর $0.0098\times1000\rho=9.8\rho\,g$। তাই মোলারিটি $c=9.8\rho/M\,mol\,L^{-1}$।
যদি নির্দিষ্টভাবে অ্যাসিডকে $H_2SO_4$ এবং $\rho\approx1$ ধরা হয়, $c=9.8/98=0.100\,M$। এই পরিচয় ও ঘনত্ব অনুমান উৎসে প্রতিষ্ঠিত নয়; তাই০.১ M শর্তাধীন।
উৎসে A-এর পরিবর্তনসীমা৮.৩–১০ এবং B-এর৪.৫–৬.৫। carbonate-এর পূর্ণ প্রশমনে $CO_3^{2-}\to HCO_3^-\to H_2CO_3/CO_2$; চূড়ান্ত endpoint অম্লীয়। তাই দুইটির মধ্যে B পূর্ণ neutralization-এর জন্য তুলনামূলক উপযুক্ত, যদি তার পরিবর্তনসীমা প্রকৃত curve-এর খাড়া অংশে পড়ে। A প্রথম bicarbonate endpoint নির্দেশ করতে পারে, পূর্ণ neutralization নয়।
অ্যাসিডের পরিচয়, carbonate concentration ও dissolvedCO2 শর্ত না থাকায় equivalencepH ঠিক৫.২৭ বলা যায় না, এবং সম্পূর্ণ৪.৫–৬.৫ অঞ্চলে সর্বাবস্থায় যথেষ্ট sharp endpoint নিশ্চিত নয়। বাস্তবে carbonate-এর পূর্ণ endpoint-এ methylorange প্রচলিত পছন্দ।
৭. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
| দ্রবণ | তথ্য |
|---|---|
| ১ | $H_2SO_4$ মিশ্রিত 0.2M $K_2Cr_2O_7$,25mL |
| ২ | 5g $FeSO_4$ দ্রবণ;5g-এর sample/solution ভিত্তি অনির্দিষ্ট |
এসিড-ক্ষারক সম্পর্কিত লুইস মতবাদ অনুসারে, এসিড হলো এমন যৌগ বা আয়ন যা অন্য ইলেকট্রন দাতা গ্রুপ হতে দানকৃত ইলেকট্রন যুগলকে গ্রহণ করতে পারে। সাধারণত যেসব যৌগের কেন্দ্রীয় পরমাণুর অষ্টক অপূর্ণ থাকে সেগুলো লুইস এসিড হিসেবে কাজ করে। $\mathrm{BF}_3$ ও $\mathrm{NH}_3$ এর বিক্রিয়ায় নাইট্রোজেন পরমাণুর ইলেকট্রন যুগলকে $\mathrm{BF}_3$ গ্রহণ করতে পারে। এজন্য $\mathrm{BF}_3$ লুইস এসিড ।
$:NH_3+BF_3\rightarrow H_3N\!\rightarrow BF_3$। NH3-এর N lonepair দানকরে Lewisbase; BF3-এর B electronpair গ্রহণকরে Lewisacid। Coordinatebond N থেকে B দিকে।
অম্লীয় দ্রবণে H2S-এর জারণ: $H_2S\rightarrow S+2H^++2e^-$।
ডাইক্রোমেটের বিজারণ: $Cr_2O_7^{2-}+14H^++6e^-\rightarrow2Cr^{3+}+7H_2O$।
প্রথমটি তিনগুণ করে যোগে $Cr_2O_7^{2-}+8H^++3H_2S\rightarrow2Cr^{3+}+3S+7H_2O$।
আণবিক সমীকরণ $K_2Cr_2O_7+3H_2S+4H_2SO_4\rightarrow K_2SO_4+Cr_2(SO_4)_3+3S+7H_2O$। অম্লীয় দ্রবণে H2S-কে সম্পূর্ণ মুক্ত sulfide ধরে intermediate লেখা প্রয়োজন নেই।
সমতাকৃত $Cr_2O_7^{2-}+14H^++6Fe^{2+}\rightarrow2Cr^{3+}+6Fe^{3+}+7H_2O$ অনুযায়ী ডাইক্রোমেটের মোল $0.2\times0.025=0.00500$ এবং $FeSO_4$-সমতুল্য মোল $6\times0.00500=0.0300$।
নির্জল $FeSO_4$-এর molarmass ১৫১.৮৫ ধরে ভর $0.0300\times151.85=4.5555\,g$। যদি৫ g বলতে অবিশুদ্ধ নির্জল ferroussulfate নমুনার ভর বোঝায়, তার বিশুদ্ধতা $4.5555/5\times100=91.11\%$। এটি Fe ধাতুর ভর নয়।
উৎসে৫ g-এর সঙ্গে দ্রবণ লেখা আছে; যদি সেটি মোট দ্রবণের ভর হয় তবে হিসাবটি নির্জল FeSO4-এর massfraction, samplepurity নয়। hydratedsample হলে molarmass ও বদলায়। সেই ভিত্তি পরিষ্কার না হওয়ায়৯১.১১% শর্তাধীন রাখা হয়েছে।
৮. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
২৫°C-এ Al দণ্ড 0.2M $Al_2(SO_4)_3$ দ্রবণ ও Cu দণ্ড 0.15M $CuSO_4$ দ্রবণে, বাহ্যিক বর্তনী ও লবণসেতুতে যুক্ত। Al অ্যানোড,Cu ক্যাথোড চিহ্নিত। দ্রবণেরলবণমোলারিটি 0.2M হলে $Al^{3+}$ আদর্শসম্পূর্ণবিয়োজনমডেলে 0.4M; উৎসের answer0.2Mion ধরেছে, এইঘনমাত্রাভিত্তিরঅসংগতি যাচাইপ্রয়োজন।
$\left[ E^{\circ}_{\mathrm{Al/Al^{3+}}} = +1.66 \, \mathrm{V}, \; E^{\circ}_{\mathrm{Cu/Cu^{2+}}} = -0.34 \, \mathrm{V}, \; E^{\circ}_{\mathrm{Zn/Zn^{2+}}} = +0.76 \, \mathrm{V} \right]$
মিথানয়িক অ্যাসিড HCOOH-এর carbon-এর জারণ সংখ্যা+২; এটি CO2-এ+৪ হতে পারে, তাই জারককে electron দিয়ে নিজে জারিত হয়। এর কার্যকরী গ্রুপ carboxyl; পৃথক aldehyde functionalgroup আছে বলা যথার্থ নয়।
$HCOOH+[O]\rightarrow CO_2+H_2O$।
ক্ষারীয় copper(II) পরীক্ষার আনুষ্ঠানিক সমীকরণ $HCOOH+2Cu(OH)_2+2NaOH\rightarrow Cu_2O\downarrow+Na_2CO_3+4H_2O$।
Al-এর প্রদত্ত জারণ বিভব Cu-এর চেয়ে বেশি। অ্যানোড $2Al\rightarrow2Al^{3+}+6e^-$, ক্যাথোড $3Cu^{2+}+6e^-\rightarrow3Cu$।
সামগ্রিক $2Al+3Cu^{2+}\rightarrow2Al^{3+}+3Cu$। কোষচিহ্ন $Al|Al^{3+}||Cu^{2+}|Cu$; উৎসের $Cu^{3+}$ নয়।
শুধু অ্যানোডের দ্রবণ বদলে০.১ M ZnSO4 নিলে Al দণ্ড স্বয়ংক্রিয়ভাবে Zn দণ্ড হয় না। Al/Zn²⁺-এর স্থানচ্যুতি ও নতুন surfacecomposition ঘটতে পারে; তাই প্রশ্নের আক্ষরিক পরিবর্তন থেকে একটি স্থির Zn/Zn²⁺ অর্ধকোষের emf নিশ্চিত নয়।
যদি উদ্দেশ্য পুরো অ্যানোডকে $Zn|Zn^{2+}(0.1M)$ দিয়ে প্রতিস্থাপন করা হয়,২৫°C-এ $Zn+Cu^{2+}\rightarrow Zn^{2+}+Cu$ ও $E=1.10-0.0296\log(0.1/0.15)=1.1052V$।
প্রাথমিক Al/Cu কোষে $E=2.00-(0.0592/6)\log(0.2^2/0.15^3)=1.9894V$। সেই নির্দিষ্ট replacement মডেলে হ্রাস $1.9894-1.1052=0.8842V$। ফলটি পুরো electrode পরিবর্তনের অতিরিক্ত অনুমানের জন্য; solution মাত্রপরিবর্তনের যাচাইকৃত ফল নয়।
আরও একটি উৎস-অসংগতি: চিত্রে ০.২ M Al₂(SO₄)₃ লেখা, ০.২ M Al³⁺ নয়। লবণের সম্পূর্ণ বিয়োজন ধরে [Al³⁺]=০.৪ M; তখন প্রাথমিক কোষ E=2.00−(0.0592/6)log(0.4²/0.15³)≈1.9835V এবং কাল্পনিক পূর্ণ Zn-electrode প্রতিস্থাপনে হ্রাস≈0.8783V। ওপরের 0.8842V উৎসের০.২ M-কে সরাসরি ionconcentration ধরা বিকল্প মডেলের ফল। এই ভিত্তি আলাদা করা ছাড়া একটিমাত্র পরিবর্তনমান দাবি করা যায় না।