IGNOU| PHYSICAL CHEMISTRY (CHE - 04)| SOLVED PAPER – (DEC - 2022)| (B. Sc.)| HINDI MEDIUM

 

IGNOU| PHYSICAL CHEMISTRY (CHE - 04)| SOLVED PAPER – (DEC - 2022)| (B. Sc.)| HINDI MEDIUM

BACHELOR OF SCIENCE (B. Sc.)

Term-End Examination
December - 2022
CHE-04
PHYSICAL CHEMISTRY
Time: 2 Hours
Maximum Marks: 50

विज्ञान स्नातक (बी. एस - सी.)
सत्रांत परीक्षा
दिसम्बर - 2022
सी. एच. ई. - 04
भौतिक रसायन
समय: 2 घण्टे
अधिकतम अंक: 50

 

नोट: सभी भागों के उत्तर दीजिए। 'क', 'ख', 'ग' और 'घ' प्रत्येक भाग में से पाँच-पाँच प्रश्नों के उत्तर दीजिए। लॉग सारणियों और अप्रोग्रामीय कैल्कुलेटरों के प्रयोग की अनुमति है।

 

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भाग-क

प्रत्येक 1

 

नोट: किन्हीं पाँच प्रश्नों के उत्तर दीजिए।

1. स्थिरक्वाथी क्या होते हैं?

उत्तर:- एज़ियोट्रोप्स दो या दो से अधिक तरल पदार्थों का मिश्रण है जो एक स्थिर तापमान पर उबलते हैं और तरल और वाष्प दोनों चरणों में उनकी संरचना समान होती है। इन्हें लगातार उबलने वाले तरल पदार्थ भी कहा जाता है।

एज़ियोट्रोप्स तरल अवस्था में दो या दो से अधिक घटकों का मिश्रण होते हैं जिनके अनुपात को साधारण आसवन द्वारा नहीं बदला जा सकता है। ऐसा इसलिए होता है क्योंकि जब एज़ोट्रोप को उबाला जाता है, तो वाष्प में घटकों का अनुपात बिना उबाले मिश्रण के समान होता है।

2. किसी फलक केंद्रित घनीय एकक सेल में नेट परमाणुओं की संख्या क्या होती है?

उत्तर:- एक फलक-केंद्रित घनीय (FCC) इकाई कोशिका में कुल चार परमाणु होते हैं:

(i) कोनों पर परमाणु: प्रत्येक इकाई कोशिका के कोनों पर परमाणु होते हैं।

(ii) प्रत्येक फलक के केंद्र में परमाणु: प्रत्येक इकाई कोशिका के प्रत्येक फलक के केंद्र में परमाणु होते हैं।

एक इकाई कोशिका एक दोहराई जाने वाली इकाई है जो एक जाली के बिंदुओं पर फैले वैक्टर द्वारा बनाई जाती है। एक इकाई कोशिका के कोनों, किनारों और चेहरों पर परमाणु कई इकाई कोशिकाओं द्वारा साझा किए जाते हैं।

इसकी तुलना में, एक साधारण घन इकाई कोशिका में प्रति इकाई कोशिका में एक परमाणु होता है, और शरीर-केंद्रित घन इकाई कोशिका में प्रति इकाई कोशिका में दो परमाणु होते हैं।

फलक केन्द्रित घनीय इकाई कोशिका में उपस्थित परमाणु हैं:-

फलक केन्द्रित घनीय इकाई कोशिका:-

(i) जब घटक कण प्रत्येक फलक के केंद्र पर मौजूद होता है, तो इसे फलक केंद्रित इकाई कोशिका के रूप में जाना जाता है।

(ii) फलक-केन्द्रित घन (एफसीसी) की समन्वय संख्या 12 है।

(iii) आठों कोनों में से प्रत्येक पर एक परमाणु का आठवां हिस्सा यानी कोनों से 8x1/8=1 परमाणु।

(iv) छह चेहरों में से प्रत्येक पर एक परमाणु का आधा हिस्सा यानी चेहरे से 6x1/2=3 परमाणु।

अतः, एक फलक केन्द्रित घनीय इकाई कोशिका में कुल 4 परमाणु होते हैं।

3. गिब्स मुक्त ऊर्जा में कमी की क्या भौतिक सार्थकता है?

उत्तर:-गिब्स मुक्त ऊर्जा में कमी का भौतिक महत्व यह है कि यह इंगित करता है कि कोई प्रक्रिया सहज है या नहीं। गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन नकारात्मक हैं, जिसका अर्थ है कि गिब्स मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है। सहज परिवर्तन में गिब्स ऊर्जा हमेशा घटती है और कभी बढ़ती नहीं है।

गिब्स मुक्त ऊर्जा में कमी के अन्य भौतिक महत्व में शामिल हैं:-

(i) अधिकतम गैर-पीवी कार्य: एक प्रक्रिया में स्थिर तापमान और दबाव पर गिब के कार्य को न्यूनतम करने से अधिकतम गैर-पीवी कार्य (उपयोगी कार्य) का अनुमान मिलता है जिसे सिस्टम से प्रतिवर्ती तरीके से प्राप्त किया जा सकता है।

(ii) प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है: यदि सिस्टम की मुक्त ऊर्जा कम हो जाती है, तो प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है और काम किया जा सकता है।

(iii) रासायनिक संतुलन: एक बार जब मुक्त ऊर्जा अपने न्यूनतम संभव मूल्य पर पहुंच जाती है, तो सभी शुद्ध परिवर्तन रुक जाते हैं, जो रासायनिक संतुलन की स्थिति का प्रतिनिधित्व करता है।

(iv) ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया: प्रतिक्रियाशील प्रणाली की मुक्त ऊर्जा में कमी एक ऊष्माक्षेपी प्रतिक्रिया को इंगित करती है।

4. फीनॉल-जल तंत्र में 0.1M KCl मिलाने पर उसका क्रांतिक विलयन ताप किस प्रकार प्रभावित होगा?

उत्तर:- फिनोल-पानी के मिश्रण में 0.1 M KCl मिलाने से यह केवल पानी में ही घुल जाएगा। फिनोल-जल प्रणाली का महत्वपूर्ण समाधान तापमान (सीएसटी) अधिकतम मिश्रणीयता तापमान है। शुद्ध फिनोल-जल प्रणाली का सीएसटी 67.5 डिग्री सेल्सियस है।

फिनोल-जल प्रणाली में KCl जोड़ने से CST में कम वृद्धि दिखाई देती है क्योंकि यह मिश्रणशीलता को कुछ हद तक कम कर देता है। नमक मिलाने से फिनोल और पानी की मिश्रणीयता कम हो सकती है, जो चरण पृथक्करण का कारण बनती है। पानी के अणु नमक आयनों से बंधेंगे और उन्हें हाइड्रेट करेंगे।

महत्वपूर्ण तापमान सिस्टम के अंदर अशुद्धियों की उपस्थिति से प्रभावित होता है। यदि मौजूद या जोड़ी गई अशुद्धता दोनों तरल पदार्थों में घुलनशील है, तो सीएसटी कम हो जाता है।

यह पाया गया कि फिनोल-जल प्रणाली में आयनिक यौगिक KCl को शामिल करने से CST में कम वृद्धि होती है क्योंकि वे मिश्रणशीलता को कुछ हद तक कम कर देते हैं।

5. किसी विलयन जिसका pH 4 है, के लिए H+ आयनों की सांद्रता परिकलित कीजिए।

उत्तर:- इसका मतलब है, उदाहरण के लिए, 4 पीएच वाले घोल में हाइड्रोजन-आयन सांद्रता 10-4mol/l है, जिसका अर्थ है कि 1 लीटर घोल में 0.0001 mol हाइड्रोजन आयन हैं।

pH = 4, [H⁺] = 10^-pH = 10^-4 M

6. प्रकाश-रासायनिक तुल्यता का स्टार्क - आइन्स्टीन का नियम लिखिए।

उत्तर:- फोटोकैमिकल तुल्यता के स्टार्क-आइंस्टीन नियम में कहा गया है कि रासायनिक प्रणाली द्वारा अवशोषित प्रकाश के प्रत्येक फोटॉन के लिए, बाद की प्रतिक्रिया के लिए केवल एक अणु सक्रिय होता है। यह "फोटोसमतुल्यता नियम" प्रकाश के क्वांटम (फोटॉन) सिद्धांत के विकास के दौरान अल्बर्ट आइंस्टीन द्वारा प्राप्त किया गया था।

फोटोकैमिकल तुल्यता का नियम कहता है कि:-

(i) फोटोकैमिकल प्रक्रिया में प्रकाश द्वारा सक्रिय प्रत्येक अणु विकिरण की एक मात्रा को अवशोषित करता है जो सक्रियण का कारण बनता है

(ii) अभिकारक का एक मोल प्रकाश के समतुल्य क्वांटा को अवशोषित करेगा।

(iii) अवशोषित प्रत्येक फोटॉन एक (प्राथमिक) रासायनिक या भौतिक प्रतिक्रिया का कारण बनेगा

फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं तरंग दैर्ध्य के दृश्य और पराबैंगनी क्षेत्रों में विकिरण के अवशोषण से प्रभावित होती हैं। फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के उदाहरणों में शामिल हैं:

(i) प्रकाश संश्लेषण

(ii) सूर्य के प्रकाश के संपर्क में आने से मनुष्यों द्वारा विटामिन डी का उत्पादन

(iii) बायोलुमिनसेंस

7. गैस में ठोस प्रकार के कोलॉइड का एक उदाहरण दीजिए।

उत्तर:- गैस प्रकार के कोलाइड में मौजूद ठोस को एरोसोल कहा जाता है। एरोसोल गैस में ठोस या तरल कणों की एक कोलाइडल प्रणाली है। उदाहरण के लिए, धुआँ या कोहरा।

यहां गैस में ठोस प्रकार के कोलाइड के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:-

धुआं, ऑटोमोबाइल निकास, धूल भरी आंधी, कोहरा, धुंध, जंगल निकास, गीजर भाप।

कोलाइड्स के अन्य उदाहरणों में शामिल हैं:-

व्हीप्ड क्रीम, शेविंग क्रीम, फेंटे हुए अंडे की सफेदी, रंगीन कांच, रत्न, मिश्रधातु, पेंट, स्याही, अंडे की सफेदी, मिट्टी, दही, हलवा, पनीर।

 

भाग—ख

प्रत्येक 2

 

नोट: किन्हीं पाँच प्रश्नों के उत्तर दीजिए ।

8. गैस स्थिरांक, R की विमाएँ व्युत्पन्न कीजिए।

उत्तर:- इसलिए, गैस स्थिरांक को आयामी रूप से [M¹ L² T^-2 K^-1] के रूप में दर्शाया जाता है।

9. 298.15 K पर मीथेन गैस के एक मोल के दहन के लिए तंत्र का एन्ट्रॉपी परिवर्तन परिकलित कीजिए। आप निम्नलिखित आँकड़ों का उपयोग कर सकते हैं:

उत्तर:- ऊष्मागतिकी के तीसरे नियम के अनुसार, किसी बंद प्रणाली की एन्ट्रापी समय के साथ कभी कम नहीं होगी। बल्कि एन्ट्रॉपी बढ़ने लगती है. यह बात संपूर्ण ब्रह्माण्ड पर भी लागू होती है।

संतुलित रासायनिक प्रतिक्रिया के अनुसार ऑक्सीजन में ईथेन के दहन से कार्बन डाइऑक्साइड और पानी उत्पन्न होता है:

किसी प्रतिक्रिया के लिए एन्ट्रापी में परिवर्तन निम्नलिखित समीकरण के अनुसार प्रत्येक प्रजाति के गठन की मानक एन्ट्रापी द्वारा दिया जाता है:

जहाँ m और n संतुलित प्रतिक्रिया समीकरण के गुणांक हैं।

साहित्य से, 298.15 K पर इनमें से प्रत्येक अणु के गठन की एन्ट्रापी है:

इनसे हम मानक राज्य एन्ट्रापी परिवर्तन को इस प्रकार पाते हैं:

10. मात्राश्रित गुणधर्म क्या होता है? दो उदाहरण दीजिए।

उत्तर:- व्यापक गुण किसी सिस्टम के थर्मोडायनामिक गुण हैं जो सिस्टम के द्रव्यमान पर निर्भर करते हैं। उदाहरण के लिए, यदि किसी सिस्टम की किसी संपत्ति का मूल्य सिस्टम के भागों के मूल्यों के योग के बराबर है, तो इसे एक व्यापक संपत्ति कहा जाता है।

व्यापक गुण वह गुण है जो किसी नमूने में पदार्थ की मात्रा पर निर्भर करता है। द्रव्यमान और आयतन व्यापक गुणों के उदाहरण हैं।

यहां व्यापक संपत्तियों के कुछ उदाहरण दिए गए हैं:-

द्रव्यमान, आयतन, आंतरिक ऊर्जा, एन्थैल्पी, एन्ट्रापी, कुल आवेश।

गहन गुण एक थर्मोडायनामिक गुण है जो किसी प्रणाली के द्रव्यमान पर निर्भर नहीं करता है। उदाहरण के लिए, चिपचिपापन एक आंतरिक गुण है क्योंकि पदार्थ की मात्रा बदलने पर यह नहीं बदलता है।

गहन गुणों के अन्य उदाहरणों में शामिल हैं:-

तापमान, मोलर ताप क्षमता, घनत्व, घुलनशीलता, रंग, चमक, हिमांक, लचीलापन।

11. अनंत तनुता पर सोडियम ऐसीटेट, हाइड्रोक्लोरिक अम्ल तथा सोडियम क्लोराइड की मोलर चालकता के मान क्रमशः 0.009101, 0.04261 तथा 0.01264 Sm² mol^-1 हैं। अनंत तनुता पर ऐसीटिक अम्ल की मोलर चालकता परिकलित कीजिए।

12. रासायनिक अभिक्रिया और प्रकाश - रासायनिक अभिक्रिया में कोई दो अंतर लिखिए।

उत्तर:- यहाँ रासायनिक प्रतिक्रियाओं और फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के बीच कुछ अंतर हैं: -

(i) रासायनिक प्रतिक्रियाएँ: परमाणुओं के बीच रासायनिक बंधों के बनने और टूटने से इलेक्ट्रॉनों की स्थिति में परिवर्तन होता है। केवल अभिकारकों में मौजूद परमाणुओं को ही उत्पादों में परिवर्तित किया जा सकता है।

(ii) फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं: ये रासायनिक प्रतिक्रियाएं हैं जो प्रकाश की उपस्थिति में होती हैं। अणु प्रकाश को अवशोषित करके ऊर्जा प्राप्त करते हैं, जिससे अणु अधिक उत्तेजित अवस्था में चले जाते हैं। फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाएं उन प्रोटॉन की संख्या पर निर्भर करती हैं जो इन प्रतिक्रियाओं को सक्रिय करने के लिए जाने जाते हैं।

यहां रासायनिक प्रतिक्रियाओं और फोटोकैमिकल प्रतिक्रियाओं के कुछ उदाहरण दिए गए हैं: -

(i) रासायनिक प्रतिक्रिया: पराबैंगनी प्रकाश समताप मंडल में ऑक्सीजन अणुओं के साथ प्रतिक्रिया करके परमाणु ऑक्सीजन का उत्पादन करता है।

(ii) फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया: सिल्वर क्लोराइड एक सिल्वर नमक है जो प्रकाश के साथ प्रतिक्रिया करता है और धात्विक सिल्वर और क्लोरीन गैस में विघटित हो जाता है।

फोटोकैमिकल प्रतिक्रिया रासायनिक प्रतिक्रिया का एक रूप है जिसमें अभिकारकों को फोटॉन के रूप में ऊर्जा प्राप्त होती है जबकि थर्मल प्रतिक्रिया रासायनिक प्रतिक्रिया का एक रूप है जिसमें अभिकारकों को गर्मी के रूप में ऊर्जा प्राप्त होती है। यह फोटोकैमिकल और थर्मल प्रतिक्रिया के बीच महत्वपूर्ण अंतर है।

13. अमोनिया के निर्माण में:

N₂ (g) + 3H₂ (g) → 2NH₃ (g)

किसी क्षण विशेष पर हाइड्रोजन की उपभोग दर 4.78 × 10^-4 Ms^-1 है। उस क्षण पर अमोनिया की निर्माण दर क्या है?

14. दो अमिश्रणीय द्रवों का मिश्रण दोनों शुद्ध द्रवों के क्वथनांकों से कम ताप पर क्यों उबलता है?

उत्तर:- अघुलनशील तरल पदार्थों का एक हिलाया हुआ मिश्रण किसी भी शुद्ध तरल के क्वथनांक से कम तापमान पर उबल जाएगा। किसी भी व्यक्तिगत घटक का वाष्प दबाव वहां पहुंचने से पहले उनका संयुक्त वाष्प दबाव बाहरी दबाव तक पहुंचने के लिए मजबूर होता है।

दो अमिश्रणीय द्रवों के मिश्रण का वाष्प दाब उनकी शुद्ध अवस्था में उनके वाष्प दाब का योग होता है। यह उनकी सापेक्ष मात्राओं से स्वतंत्र है। इसलिए, मिश्रण का क्वथनांक किसी भी तरल के क्वथनांक से कम होता है, और पूरे समय स्थिर रहता है।

अघुलनशील तरल पदार्थ और कुछ नहीं बल्कि वे तरल पदार्थ हैं जो एक चरण देने के लिए मिश्रित नहीं होंगे। पानी और तेल अमिश्रणीय तरल पदार्थों के उदाहरण हैं। एक साथ मिश्रित होने पर एक तरल दूसरे तरल के ऊपर तैरता है।

हम जानते हैं कि दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों के मिश्रण का वाष्प दबाव उनकी शुद्ध अवस्था में तरल पदार्थों के वाष्प दबाव के योग के बराबर होता है।

वाष्प का दबाव मिश्रण में मौजूद उनकी सापेक्ष मात्रा से स्वतंत्र होता है।

तो, तरल पदार्थों के मिश्रण का क्वथनांक एकल तरल के क्वथनांक से कम होता है।

इसलिए 1.0 एटीएम के निरंतर दबाव पर दो अमिश्रणीय तरल पदार्थों का मिश्रण किसी भी तरल के सामान्य क्वथनांक से कम तापमान पर उबलता है।

जैसा कि हम जानते हैं कि एक विलेय (गैर-वाष्पशील पदार्थ) तरल के वाष्प दबाव को कम कर देता है, और इसलिए समाधान का क्वथनांक अधिक हो जाता है।

तो यहाँ, दो अघुलनशील तरल पदार्थों के मिश्रण में कोई विलेय नहीं है। इसलिए मिश्रण किसी भी तरल के क्वथनांक से कम तापमान पर उबलेगा।

 

भाग— ग

प्रत्येक 3

 

नोट: किन्हीं पाँच प्रश्नों के उत्तर दीजिए।

15. एथेनॉल या डाइमेथिल ईथर में से किसका क्वथनांक उच्चतर होगा? अपने उत्तर के लिए कारण दीजिए।

[COMING SOON]

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