১. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
| গ্যাস | তাপমাত্রা (°C) | চাপ (atm) | ভর (g) | আয়তন (mL) |
|---|---|---|---|---|
| P | 30 | 0.974 | 1.26 | 500 |
| Q | 30 | 0.938 | 0.30 | 460 |
জারণ-বিজারণের ইলেকট্রনীয় মতবাদ অনুসারে আমরা জানি, যেসব মৌল, মূলক বা আয়ন বিক্রিয়াকালে ইলেকট্রন গ্রহণ করে সেগুলো হচ্ছে জারক এবং যেসব মৌল, মূলক বা আয়ন বিক্রিয়াকালে ইলেকট্রন বর্জন করে সেগুলো হচ্ছে বিজারক। এমন কিছু পদার্থ আছে যেগুলো পরিবেশে ইলেকট্রন ত্যাগ বা ইলেকট্রন গ্রহণের মাধ্যমে উভয়রূপী অবস্থা প্রকাশ করতে পারে। নিচে $\mathrm{Fe}^{2+}$ আয়ন জারক এবং বিজারক হিসেবে কীভাবে কাজ করে তা দেখানো হলো:
জারণ বিক্রিয়া : $\mathrm{Fe}^{2+} \longrightarrow \mathrm{Fe}^{3+}+\mathrm{e}^{-}$(এ বিক্রিয়ায় $\mathrm{Fe}^{2+}$ বিজারক)
বিজারণ বিক্রিয়া : $\mathrm{Fe}^{2+}+2 \mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Fe}$ (এ বিক্রিয়ায় $\mathrm{Fe}^{2+}$ জারক)
আদর্শ গ্যাস মডেলে $M=mRT/(PV)$। P-এর $M_P=1.26\times0.0821\times303/(0.974\times0.5)\approx64.36\,g\,mol^{-1}$। Q-এর $M_Q=0.30\times0.0821\times303/(0.938\times0.46)\approx17.30\,g\,mol^{-1}$।
শিক্ষামূলক সম্ভাব্য পরিচয় P≈SO2 এবং Q≈NH3। এই পরিচয় সঠিক হলে P অ্যাসিড বৃষ্টির জন্য দায়ী: SO2 পানিতে অম্লীয় দ্রবণ তৈরি করে এবং বায়ুমণ্ডলীয় জারণে sulfate/sulfuricacid উৎপন্ন হয়ে বৃষ্টির অম্লতা বাড়ায়; NH3 বরং acid নিরপেক্ষকরণে ভূমিকা রাখতে পারে।
শুধু আনুমানিক molarmass থেকে সব সম্ভাব্য গ্যাসের মধ্যে একক পরিচয় প্রমাণিত নয়; অন্য পরিচয়-পরীক্ষা দেওয়া নেই। তাই SO2/NH3-ভিত্তিক সিদ্ধান্ত সম্ভাব্য শিক্ষামূলক ব্যাখ্যা হিসেবে রাখা হয়েছে।
২. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
ন্যাপথালিন একটি অ্যারোমেটিক যৌগ। হাকেল নীতি অনুযায়ী, যে সকল সমতলীয় চাক্রিক যৌগে $(4 n+2)$ সংখ্যক সঞ্চারণশীল $\pi$ ইলেকট্রন থাকে (যেখানে $\mathrm{n}=0,1,2,3 \ldots$ ইত্যাদি) তাদেরকে অ্যারোমেটিক যৌগ বলে। ন্যাপথালিন এর গঠন নিম্নরূপ :
ন্যাপথালিন $C_{10}H_8$: পাশাপাশি দুইটি fused ছয়-সদস্যের কার্বনবলয় একটি সাধারণ edge ভাগ করে; সমতল conjugated ব্যবস্থায়১০ pi ইলেকট্রন, $4n+2=10$-এ n=২।
গঠন থেকে দেখা যায় যে, ন্যাপথালিনে পাই $(\pi)$ ইলেকট্রন সংখ্যা
$10$ । তাহলে, $4 n+2=10$ বা, $n=2$
যেহেতু $n$ এর মান $2$। তাই ন্যাপথালিন একটি অ্যারোমেটিক যৌগ।
দুই পাত্রে 27°C অপরিবর্তিত, বিক্রিয়াহীন আদর্শ মিশ্রণ ও মোট আয়তন $0.5+0.4=0.9\,L$ ধরে:
$p_X=760\times0.5/0.9=422.22\,mmHg$,
$p_Y=780\times0.4/0.9=346.67\,mmHg$।
তাই $p_X>p_Y$।
আমরা জানি, স্থির তাপমাত্রায় ও চাপে কোনো গ্যাসের ব্যাপন হার তার আণবিক ভরের বর্গমূলের ব্যস্তানুপাতিক (গ্রাহামের সূত্র)। তাই গ্যাস দুটির আণবিক ভর নির্ণয় করতে হবে।
'$X$' গ্যাসের আণবিক ভর ($M_X$) নির্ণয়:
দেওয়া আছে,
চাপ, $P_X = 760 \text{ mm(Hg)} = 1 \text{ atm}$
আয়তন, $V_X = 0.5 \text{ L}$
ভর, $w_X = 0.45 \text{ g}$
তাপমাত্রা, $T = 27^\circ\text{C} = (27 + 273) \text{ K} = 300 \text{ K}$
মোলার গ্যাস ধ্রুবক, $R = 0.0821 \text{ L atm K}^{-1} \text{mol}^{-1}$
আদর্শ গ্যাস সমীকরণ হতে পাই,
$M_X = \frac{w_X R T}{P_X V_X}$
$M_X = \frac{0.45 \times 0.0821 \times 300}{1 \times 0.5}$
$\therefore M_X = 22.167 \text{ g mol}^{-1}$
'$Y$' গ্যাসের আণবিক ভর ($M_Y$) নির্ণয়:
দেওয়া আছে,
চাপ, $P_Y = 780 \text{ mm(Hg)} = \frac{780}{760} \text{ atm} = 1.026 \text{ atm}$
আয়তন, $V_Y = 400 \text{ mL} = 0.4 \text{ L}$
ভর, $w_Y = 0.35 \text{ g}$
একইভাবে,
$M_Y = \frac{w_Y R T}{P_Y V_Y}$
$M_Y = \frac{0.35 \times 0.0821 \times 300}{1.026 \times 0.4}$
$\therefore M_Y = 21.00 \text{ g mol}^{-1}$
এখানে, $M_X = 22.167 \text{ g mol}^{-1}$ এবং $M_Y = 21.00 \text{ g mol}^{-1}$।
যেহেতু '$Y$' গ্যাসের আণবিক ভর '$X$' গ্যাস অপেক্ষা কম ($M_Y < M_X$), তাই গ্রাহামের ব্যাপন সূত্রানুসারে '$Y$' গ্যাসটি অধিক দ্রুত ব্যাপিত হবে।
এই Graham তুলনা একই তাপমাত্রা ও তুলনীয় ব্যাপন/নিঃসরণ পরীক্ষার শর্তে প্রযোজ্য; ভিন্ন চাপ বা পথের প্রকৃত flowrate কেবল molarmass দিয়ে নির্ধারিত নয়।
৩. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
যেসব পদার্থ এসিড ও ক্ষারক উভয় ধরনের ধর্ম প্রদর্শন করে তাদেরকে উভধর্মী পদার্থ বলে। $\mathrm{HSO}_4^{-}$একটি উভধর্মী পদার্থ। কারণ $\mathrm{HSO}_4^{-}$এসিড ও ক্ষারক উভয় ধরনের ধর্ম প্রদর্শন করে। $\mathrm{HSO}_4^{-}$ প্রোটন দাতার কাছ থেকে প্রোটন গ্রহণ করে ক্ষারক হিসেবে এবং প্রোটন ত্যাগ করে এসিড হিসেবে আচরণ করে।
ক্ষারক হিসেবে : $\mathrm{HSO}_4^{-}+\mathrm{H}^{+} \rightarrow \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4$
এসিড হিসেবে : $\mathrm{HSO}_4^{-}+\mathrm{H}_2 \mathrm{O} \rightarrow \mathrm{H}_3 \mathrm{O}^{+}+\mathrm{SO}_4^{2-}$
A ফেনল; Zn দিয়ে পাতনে B বেনজিন: $C_6H_5OH+Zn\xrightarrow\{\Delta\}C_6H_6+ZnO$।
শক্ত hydrogenation শর্তে $C_6H_6+3H_2\xrightarrow\{Ni,\ \Delta\}C_6H_{12}$ (cyclohexane)। উপযুক্ত UV সংযোজন শর্তে $C_6H_6+3Cl_2\xrightarrow\{h\nu\}C_6H_6Cl_6$ (hexachlorocyclohexane-এর সমাণুসমূহ) হতে পারে; সব উৎপাদকে বিশুদ্ধ gammaisomer বলা যাবে না।
প্রতি benzene-এ তিনমোল H2 বা Cl2 সংযোজন তিন pi-bond-equivalent অসম্পৃক্ততার ধারণা দেয়। কিন্তু প্রকৃত benzene-এ তিনটি স্থির স্বতন্ত্র দ্বিবন্ধন ও তিনটি স্থির এককবন্ধন নেই; ছয়টি pi ইলেকট্রন বলয়ে delocalized এবং C–C বন্ধন সমতুল্য।
৪. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
$C_3H_7Cl\xrightarrow[\text{বিক্রিয়া-i}]\{KOH_{(aq)}\}A+KCl$।
$C_3H_7Cl\xrightarrow[\text{বিক্রিয়া-ii}]\{KOH_{(alc)}\}B+KCl+H_2O$।
উৎসের প্রস্তুতিমডেলে $C_3H_7Cl$-কে ১-ক্লোরোপ্রোপেন ধরা হয়েছে। জলীয় KOH-তে A হলো প্রোপান-১-অল $CH_3CH_2CH_2OH$।
$CH_3CH_2CH_2OH\xrightarrow[170^\circ C]\{\text{গাঢ় }H_2SO_4\}CH_3CH=CH_2+H_2O$। ফলে B প্রোপিন। এটি acid-catalyzed dehydration-এর সমীকরণ; source-এর $C_3H_7Cl$ সংকেত একা propylhalide-এর সংযোগসমাণু আলাদা করে না।
উৎসের ১-ক্লোরোপ্রোপেন মডেলে বিক্রিয়া-i জলীয় KOH-তে nucleophilic substitution:
$CH_3CH_2CH_2Cl+KOH\rightarrow CH_3CH_2CH_2OH+KCl$। $OH^-$ backsideattack করে এবং একই ধাপে C–O গঠন/C–Cl ভঙ্গের SN2 transitionstate পেরিয়ে alcohol হয়; আলাদা স্থায়ী intermediate নয়।
বিক্রিয়া-ii উত্তপ্ত alcoholicKOH-তে elimination:
$CH_3CH_2CH_2Cl+KOH\rightarrow CH_3CH=CH_2+KCl+H_2O$। শক্ত ক্ষার beta-H অপসারণের সঙ্গে একই ধাপে chloride ছাড়ে ও C=C হয়, E2।
তাই substitution ও elimination-এর প্রকৃতি/কৌশল পৃথক। উৎসের mechanism ছকে propylchloride-কে methylchloride এবং শক্তক্ষারকে লঘুক্ষার লেখা অসংগত; উৎপাদ-i alcohol, alkyl নয়।
৫. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
প্রোপিনের reductiveozonolysis-এ A মিথান্যাল HCHO এবং B ইথান্যাল; A-তে aldehyde group আছে।
টলেন পরীক্ষায় মিথান্যাল $Ag(I)$-কে রুপায় নামিয়ে silvermirror দেয়। আনুষ্ঠানিক আয়নিকসমীকরণ $HCHO+2[Ag(NH_3)_2]^++3OH^-\rightarrow HCOO^-+2Ag+4NH_3+2H_2O$।
Fehling পরীক্ষায় $HCHO+2Cu(OH)_2+NaOH\rightarrow HCOONa+Cu_2O\downarrow+3H_2O$; লালচে অধঃক্ষেপ হয়। এইপরীক্ষাগুলো reducingaldehyde চিনতে সহায়ক, এককভাবে সব সম্ভাব্য যৌগের মধ্যে methanal বিশেষপ্রমাণ নয়।
X হলো HCOOH, Y হলো $CH_3COOH$। HCOOH-এর carbon+২থেকে CO2-এ+৪হতে পারে, তাই এটি উপযুক্ত মৃদুজারককে বিজারিতকরে: $HCOOH+[O]\rightarrow CO_2+H_2O$।
ক্ষারীয় copper(II) পরীক্ষায় $HCOOH+2Cu(OH)_2+2NaOH\rightarrow Cu_2O\downarrow+Na_2CO_3+4H_2O$। টলেনের আয়নিক রূপ $HCOOH+2[Ag(NH_3)_2]^++4OH^-\rightarrow CO_3^{2-}+2Ag+4NH_3+3H_2O$।
HCOOH-এর functionalgroup carboxyl; আলাদা aldehydegroup আছে বলা ঠিক নয়। Aceticacid একই মৃদুপরীক্ষায় এভাবে oxidized হয় না; তারমানে সব strongoxidation এওবিজারকহতে পারে না—এমনসর্বজনীনদাবি নয়।
৬. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
| পাত্র | দ্রবণ |
|---|---|
| A | 1.0g $FeSO_4$-এর অম্লীয় দ্রবণ |
| B | 0.05M $K_2Cr_2O_7$ |
Oxalate-এর জারণ $C_2O_4^{2-}\rightarrow2CO_2+2e^-$। Dichromate-এর বিজারণ $Cr_2O_7^{2-}+14H^++6e^-\rightarrow2Cr^{3+}+7H_2O$। প্রথমটি৩গুণযোগে:
$Cr_2O_7^{2-}+14H^++3C_2O_4^{2-}\rightarrow2Cr^{3+}+7H_2O+6CO_2$।
Oxalicacid দিয়ে আণবিকসমীকরণ $K_2Cr_2O_7+4H_2SO_4+3H_2C_2O_4\rightarrow K_2SO_4+Cr_2(SO_4)_3+7H_2O+6CO_2$।
উদ্দীপকের $A$ পাত্রের যৌগটি $\mathrm{FeSO}_4$ । অল্লীয় $\mathrm{FeSO}_4$ এর সাথে $\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ এর সমতাকৃত বিক্রিয়াটি-
$\begin{matrix}6 \mathrm{FeSO}_4+\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7+7 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4 \rightarrow 3 \mathrm{Fe}_2\left(\mathrm{SO}_4\right)_3+\mathrm{K}_2 \mathrm{SO}_4 \\ +\mathrm{Cr}_2\left(\mathrm{SO}_4\right)_3+7 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}\end{matrix}$
বিক্রিয়া মতে, $1 \mathrm{~mol} \mathrm{~K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7 \equiv 6 \mathrm{~mol} \mathrm{FeSO}_4$
ধরি, $x mL$ $\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ প্রয়োজন হবে।
$\therefore 1000 \mathrm{~mL} 1 \mathrm{M} \mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ দ্রবণ $=6 \times 151.9 \mathrm{~g} \mathrm{FeSO}_4$
$\therefore \mathrm{x} \mathrm{mL} 0.05 \mathrm{M} \mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ দ্রবণ $=\frac{6 \times 151.9 \times x \times 0.05}{1000} \mathrm{~g} \mathrm{FeSO}_4$
প্রশ্নমতে, $\frac{6 \times 151.9 \times x \times 0.05}{1000}=1.0$
বা, $x=\frac{1000}{6 \times 151.9 \times 0.05}$
সুতরাং, উদ্দীপকের A পাত্রের সম্পূর্ণ দ্রবণকে জারিত করতে $\mathrm{K}_2 \mathrm{Cr}_2 \mathrm{O}_7$ এর $21.944$ মিলি $(mL)$ প্রয়োজন হবে।
এখানে১.০ g-কে দ্রবণে থাকা নির্জল FeSO4-এরভর ধরা হয়েছে; hydrate-এর১ g হলে molarmass ওফলবদলাবে।
৭. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
| পাত্র | তথ্য |
|---|---|
| P | 600mL,10%(w/v) $H_2SO_4$ |
| Q | 200mL দ্রবণে 0.5g NaOH |
১০%(w/v)মানে১০০ mL দ্রবণে১০ g H2SO4। তাই $100\,g\,L^{-1}=100000\,mg\,L^{-1}$ এবং মোলারিটি $100/98=1.020408\,M$।
ভরভিত্তিক ppm-এরজন্য দ্রবণের density $\rho\,g\,mL^{-1}$ হলে $ppm=100000/\rho$। density ১ধরলেইসংখ্যাটি১০০০০০ ppm;এই তুলনামূলক ঘন অ্যাসিডে স্বয়ংক্রিয়ভাবে১ধরা সঠিকনয়।
P-তে H2SO4 ভর $10\times600/100=60\,g$, মোল $60/98=0.6122449$। পূর্ণ neutralization-এ OH দরকার $2\times60/98=1.2244898\,mol$। Q-তে NaOH $0.5/40=0.0125\,mol$; তাই আরও $1.2119898\,mol$ NaOH প্রয়োজন।
Q-এরঘনমাত্রা $0.0125/0.200=0.0625\,M$। একই ঘনমাত্রার ক্ষার আরও $V=1.2119898/0.0625=19.39184\,L$ লাগবে (প্রায়১৯.৩৯ L)। এটিঅতিরিক্তআয়তন; আগে থাকা০.২০০ L যোগকরামোটনয়। মাঝপথেঅ্যাসিডমোলগোলকরারজন্যউৎসের১৯.৩৮৪ L মানএসেছে।
৮. উদ্দীপকটি পড়ে প্রশ্নগুলোর উত্তর দাও।
উদ্দীপক-১: $M(s)|M^{2+}(0.05M)||N^+(0.01M)|N(s)$; প্রমাণ জারণ বিভব $E^\circ_{M/M^{2+}}=+1.18V$, $E^\circ_{N/N^+}=-0.80V$।
উদ্দীপক-২:600mL,0.4M $Zn(NO_3)_2$ দ্রবণ।
উৎসের চিত্রে প্রমাণজারণবিভব $E^\circ_{M/M^{2+}}=+1.18V$, $E^\circ_{N/N^+}=-0.80V$; answer-এর১১.১৮মুদ্রণভুল।
$M+2N^+\rightarrow M^{2+}+2N$, $n=2$, $E^\circ=1.18-(-0.80)=1.98V$।
৩০°C≈৩০৩ K-এ $E=1.98-\frac{2.303RT}{2F}\log\frac{0.05}{(0.01)^2}\approx1.8989V\approx1.899V$। সক্রিয়তাকে ঘনমাত্রারসমানধরা হয়েছে।
প্রাথমিক Zn²⁺ মোল $0.4\times0.600=0.2400$। চার্জ $Q=10\times15\times60=9000C$। সমস্তচার্জশুধু $Zn^{2+}+2e^-\rightarrow Zn$-এখরচহলেওসর্বোচ্চ Zn অপসারণ $9000/(2\times96500)=0.046632\,mol$;এটি০.২৪এরকম। তাই Zn²⁺ অবশিষ্টথাকবে।
দ্রবণীয় Zn অ্যানোড থেকে যোগ নেই ও শতভাগ cathodicefficiency ধরলে অবশিষ্ট $0.193368\,mol$ বা Zn সমতুল্যভর $0.193368\times65.4=12.6463g$। পার্শ্ববিক্রিয়া বা Zn অ্যানোড যোগ থাকলে এই নির্দিষ্ট ভর বদলাবে;তড়িৎদ্বার উপাদান না থাকায় ভর শর্তাধীন।