RBSE Class 12th 2013 Chemistry-SS-41-2013 Previous Year Papers

उत्तर / Answer:

ध्रुवीय आण्विक ठोस वे होते हैं जिनमें अणु ध्रुवीय सहसंयोजक बंधों से बने होते हैं और उनमें स्थायी द्विध्रुव आघूर्ण होता है।

• ठोस सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) – ध्रुवीय अणु (V-आकार, द्विध्रुव आघूर्ण ≠ 0) → ध्रुवीय आण्विक ठोस
• ठोस अमोनिया (NH₃) – ध्रुवीय अणु (पिरामिड आकार, द्विध्रुव आघूर्ण ≠ 0) → ध्रुवीय आण्विक ठोस
• आयोडिन क्रिस्टल (I₂) – अध्रुवीय अणु (समान परमाणु, द्विध्रुव आघूर्ण = 0) → अध्रुवीय आण्विक ठोस
• ग्रेफाइट – सहसंयोजक स्तरित ठोस (आण्विक ठोस नहीं)
• कार्बन टेट्राक्लोराइड (CCl₄) – अध्रुवीय अणु (सममित चतुष्फलकीय, द्विध्रुव आघूर्ण = 0) → अध्रुवीय आण्विक ठोस

सही उत्तर: ठोस सल्फर डाइऑक्साइड और ठोस अमोनिया (Solid sulphur dioxide and solid ammonia)

हल / Solution:

चरण 1: NaOH का मोलर द्रव्यमान = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol

चरण 2: NaOH के मोलों की संख्या = द्रव्यमान / मोलर द्रव्यमान = 5 g / 40 g/mol = 0.125 mol

चरण 3: विलयन का आयतन लीटर में = 500 ml = 500/1000 = 0.5 L

चरण 4: मोलरता (M) = मोलों की संख्या / आयतन (लीटर में) = 0.125 mol / 0.5 L = 0.25 mol/L

उत्तर: विलयन की मोलरता 0.25 M है।

उत्तर: प्रथम कोटि की अभिक्रिया वह अभिक्रिया है जिसकी दर केवल एक अभिकारक की सांद्रता पर निर्भर करती है। एथिल ऐसीटेट का जल अपघटन एक छद्म प्रथम कोटि की अभिक्रिया है।

उदाहरण: CH₃COOC₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH

इस अभिक्रिया में जल की सांद्रता अधिक होती है, इसलिए यह स्थिर रहती है। अतः अभिक्रिया की दर केवल एथिल ऐसीटेट की सांद्रता पर निर्भर करती है, जिससे यह प्रथम कोटि की अभिक्रिया प्रतीत होती है। इसे छद्म प्रथम कोटि की अभिक्रिया कहते हैं।

उत्तर:

• शून्य कोटि अभिक्रिया के लिए वेग स्थिरांक की इकाई: mol L⁻¹ s⁻¹ (या mol L⁻¹ time⁻¹)
• प्रथम कोटि अभिक्रिया के लिए वेग स्थिरांक की इकाई: s⁻¹ (या time⁻¹)

उत्तर: बॉक्साइट अयस्क में उपस्थित दो अशुद्धियाँ हैं:

1. सिलिका (SiO₂)
2. आयरन ऑक्साइड (Fe₂O₃)

उत्तर: मॉन्ड प्रक्रम में निकल धातु के शोधन के लिए निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रियाएँ होती हैं:

1. निकल कार्बोनिल का निर्माण: Ni + 4CO → Ni(CO)₄ (निकल टेट्राकार्बोनिल) [तापमान 50-60°C]
2. निकल कार्बोनिल का अपघटन: Ni(CO)₄ → Ni + 4CO [तापमान 180-200°C]

इस प्रक्रम में अशुद्ध निकल को कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ अभिक्रिया कराकर वाष्पशील निकल कार्बोनिल बनाया जाता है, जिसे बाद में गर्म करके शुद्ध निकल प्राप्त किया जाता है।

उत्तर: Zn, Cd और Hg को संक्रमण तत्व नहीं माना जाता है क्योंकि:

• इन तत्वों के परमाणुओं में d-कक्षक पूर्णतः भरे होते हैं (d¹⁰ विन्यास)।
• ये तत्व अपने यौगिकों में आंशिक रूप से भरे d-कक्षक नहीं दिखाते हैं, जो संक्रमण तत्वों की मुख्य विशेषता है।
• इनके सामान्य ऑक्सीकरण अवस्था में d-कक्षक पूर्ण भरे रहते हैं, इसलिए ये संक्रमण तत्वों की श्रेणी में नहीं आते।

उत्तर: क्रोमेट आयन (CrO₄²⁻) की आकृति चतुष्फलकीय (tetrahedral) होती है।

संरचना:

      O
      |
O — Cr — O
      |
      O

इसमें क्रोमियम परमाणु केंद्र में होता है और चार ऑक्सीजन परमाणु चतुष्फलक के चारों कोनों पर स्थित होते हैं।

रासायनिक नाम (Chemical Name): बेंजीनसल्फोनिल क्लोराइड (Benzenesulfonyl chloride)

रासायनिक सूत्र (Formula): C₆H₅SO₂Cl

अचालक (Insulator): वे पदार्थ जिनमें चालन बैंड और संयोजकता बैंड के बीच ऊर्जा अंतराल (बैंड गैप) बहुत बड़ा होता है (लगभग 3 eV से अधिक), अचालक कहलाते हैं। इनमें इलेक्ट्रॉन संयोजकता बैंड से चालन बैंड में नहीं जा पाते, अतः ये विद्युत का चालन नहीं करते। उदाहरण: रबर, लकड़ी, प्लास्टिक।

अर्धचालक (Semiconductor): वे पदार्थ जिनमें चालन बैंड और संयोजकता बैंड के बीच ऊर्जा अंतराल छोटा होता है (लगभग 0.1 से 2.0 eV), अर्धचालक कहलाते हैं। कम तापमान पर ये अचालक की तरह व्यवहार करते हैं, लेकिन तापमान बढ़ने पर कुछ इलेक्ट्रॉन चालन बैंड में जाकर विद्युत चालन करते हैं। उदाहरण: सिलिकॉन, जर्मेनियम।

हल (Solution):

परासरण दाब (π) = CRT, जहाँ C = मोलर सांद्रता (mol/L)

C = n/V = (w/M) / V, जहाँ w = द्रव्यमान (g), M = मोलर द्रव्यमान (g/mol), V = आयतन (L)

π = (w × R × T) / (M × V)

M = (w × R × T) / (π × V)

मान रखने पर:

M = (2.6 g × 0.083 L bar mol⁻¹ K⁻¹ × 300 K) / (2.57 × 10⁻³ bar × 0.2 L)

M = (2.6 × 0.083 × 300) / (2.57 × 10⁻³ × 0.2)

M = (64.74) / (5.14 × 10⁻⁴)

M = 125,953.3 g/mol ≈ 1.26 × 10⁵ g/mol

अतः प्रोटीन का मोलर द्रव्यमान लगभग 1.26 × 10⁵ g/mol है।

डेनियल सेल के लिए नेर्नस्ट समीकरण (Nernst equation for Daniel cell):

डेनियल सेल की अभिक्रिया: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

नेर्नस्ट समीकरण: E_सेल = E°_सेल − (RT / nF) ln([Zn²⁺] / [Cu²⁺])

जहाँ n = 2 (इलेक्ट्रॉनों की संख्या), F = फैराडे स्थिरांक, R = गैस स्थिरांक, T = तापमान (K)

साम्य अवस्था पर (At equilibrium):

साम्य पर, E_सेल = 0 और [Zn²⁺] / [Cu²⁺] = K_c (साम्य स्थिरांक)

0 = E°_सेल − (RT / nF) ln K_c

E°_सेल = (RT / nF) ln K_c

या ln K_c = (nF E°_सेल) / (RT)

या K_c = e^{(nF E°_सेल) / (RT)}

यह E°_सेल और साम्य स्थिरांक (K_c) के बीच अभीष्ट सम्बन्ध है।

cis-[CoCl₂(en)₂] की संरचना:

इसमें कोबाल्ट (Co) केंद्रीय धातु है, जो दो एथिलीनडाइएमीन (en) लिगैंडों और दो क्लोरीन (Cl) परमाणुओं से जुड़ा है। cis समावयवी में दोनों Cl परमाणु एक-दूसरे के समीप (90° के कोण पर) स्थित होते हैं।

संरचना (अष्टफलकीय):

       Cl
        |
    en—Co—en
        |
       Cl
  

फलकीय-[Co(NH₃)₃(NO₂)₃] की संरचना:

इसमें तीन NH₃ और तीन NO₂ लिगैंड एक अष्टफलक के तीन फलकों पर स्थित होते हैं, जिससे तीनों NH₃ एक फलक पर और तीनों NO₂ दूसरे फलक पर होते हैं।

संरचना (अष्टफलकीय):

       NH₃
        |
    O₂N—Co—NH₃
        |
       NO₂
       (तीसरा NH₃ और NO₂ पीछे/सामने)
  

अर्धायु (Half-life): किसी अभिक्रिया की अर्धायु वह समय है जिसमें अभिकारक की प्रारंभिक सांद्रता आधी रह जाती है। इसे t₁/₂ से दर्शाते हैं।

प्रथम कोटि अभिक्रिया के लिए अर्धायु का सूत्र व्युत्पन्न:

प्रथम कोटि अभिक्रिया का वेग समीकरण:

k = (2.303/t) log₁₀ [A]₀/[A]

जहाँ [A]₀ = प्रारंभिक सांद्रता, [A] = समय t पर सांद्रता, k = वेग स्थिरांक।

अर्धायु (t₁/₂) पर, [A] = [A]₀/2

समीकरण में मान रखने पर:

k = (2.303/t₁/₂) log₁₀ ([A]₀ / ([A]₀/2))

k = (2.303/t₁/₂) log₁₀ 2

log₁₀ 2 = 0.3010

k = (2.303 × 0.3010) / t₁/₂

k = 0.693 / t₁/₂

अतः t₁/₂ = 0.693/k

यह प्रथम कोटि अभिक्रिया की अर्धायु का सूत्र है।

1. बेन्जिलिक क्लोराइड (Benzylic chloride):

संरचना सूत्र: C₆H₅CH₂Cl (बेंजीन वलय से जुड़ा -CH₂Cl समूह)

क्लोरीन से जुड़े कार्बन की संकरण अवस्था: sp³ (यह कार्बन एकल बंधों से जुड़ा है)

2. वाइनिलिक क्लोराइड (Vinylic chloride):

संरचना सूत्र: CH₂=CHCl (एथिलीन का एक हाइड्रोजन क्लोरीन से प्रतिस्थापित)

क्लोरीन से जुड़े कार्बन की संकरण अवस्था: sp² (यह कार्बन द्विबंध से जुड़ा है)

जब दो एल्किल हैलाइडों को सोडियम धातु की उपस्थिति में शुष्क ईथर में गर्म किया जाता है, तो एक उच्च एल्केन प्राप्त होता है।

समीकरण: 2R–X + 2Na → R–R + 2NaX

उदाहरण: 2CH₃–Br + 2Na → CH₃–CH₃ + 2NaBr

जब एल्किल हैलाइड और एरिल हैलाइड का मिश्रण सोडियम धातु की उपस्थिति में शुष्क ईथर में अभिक्रिया करता है, तो एल्किल एरिन प्राप्त होता है।

समीकरण: R–X + Ar–X + 2Na → R–Ar + 2NaX

उदाहरण: CH₃–Br + C₆H₅–Br + 2Na → C₆H₅–CH₃ + 2NaBr

संरचना सूत्र: H–CHO या H₂C=O

IUPAC नाम: मेथेनल (Methanal)

संरचना सूत्र: CH₃–CO–CH₃

IUPAC नाम: प्रोपेनोन (Propanone)

संरचना सूत्र: H–COOH

IUPAC नाम: मेथेनोइक अम्ल (Methanoic acid)

संरचना सूत्र: HOOC–CH₂–CH₂–COOH

IUPAC नाम: ब्यूटेनडाइओइक अम्ल (Butanedioic acid)

कार्बोक्सलेट आयन (RCOO^–) में अनुनाद के कारण ऋणावेश दो ऑक्सीजन परमाणुओं पर विस्थानीकृत (delocalized) हो जाता है, जिससे आयन स्थायित्व प्राप्त करता है। अनुनाद संरचनाएँ निम्नलिखित हैं:

R—C(=O)—O^– ↔ R—C(O^–)—O

दोनों संरचनाओं में ऋणावेश एक ऑक्सीजन पर स्थानीयकृत (localized) न होकर दोनों ऑक्सीजन पर समान रूप से फैल जाता है, जिससे आयन की ऊर्जा कम होती है और वह अधिक स्थायी होता है।

कार्बोक्सिलिक अम्ल (RCOOH) फीनॉल (C₆H₅OH) से अधिक अम्लीय होता है क्योंकि कार्बोक्सिलिक अम्ल के संयुग्मी क्षार (carboxylate ion) में ऋणावेश दो ऑक्सीजन परमाणुओं पर अनुनाद द्वारा विस्थानीकृत होता है, जिससे यह अधिक स्थायी होता है। जबकि फीनॉक्साइड आयन (C₆H₅O^–) में ऋणावेश केवल एक ऑक्सीजन परमाणु पर स्थानीयकृत होता है (हालाँकि बेंजीन वलय में कुछ अनुनाद होता है, लेकिन यह कार्बोक्सलेट आयन जितना प्रभावी नहीं होता)। अतः कार्बोक्सिलिक अम्ल अधिक आसानी से प्रोटॉन त्यागता है और अधिक अम्लीय होता है।

In carboxylate ion (RCOO^–), the negative charge is delocalized over two oxygen atoms through resonance, which stabilizes the ion. The resonance structures are:

R—C(=O)—O^– ↔ R—C(O^–)—O

In both structures, the negative charge is not localized on one oxygen but is equally shared between the two oxygen atoms. This delocalization lowers the energy of the ion, making it more stable.

Carboxylic acids (RCOOH) are more acidic than phenols (C₆H₅OH) because the conjugate base of a carboxylic acid (carboxylate ion) is stabilized by resonance delocalization of the negative charge over two oxygen atoms. In contrast, the phenoxide ion (C₆H₅O^–) has the negative charge largely localized on the oxygen atom (although some resonance occurs with the benzene ring, it is less effective than in carboxylate ion). Therefore, carboxylic acids lose a proton more easily and are stronger acids.

उत्तर:

(अ) सूक्रोस का हावर्थ सूत्र निम्न प्रकार है:

सूक्रोस में α-D-ग्लूकोपाइरैनोसिल और β-D-फ्रक्टोफ्यूरैनोसिल इकाइयाँ α,β-ग्लाइकोसिडिक बंध (C1-C2) द्वारा जुड़ी होती हैं।

(ब) सूक्रोस एक अनपचायी शर्करा है क्योंकि इसमें मुक्त एल्डिहाइड या कीटोन समूह नहीं होता। ग्लूकोज का C1 और फ्रक्टोज का C2 दोनों ग्लाइकोसिडिक बंध में शामिल हो जाते हैं, जिससे कोई भी मुक्त कार्बोनिल समूह नहीं बचता। इसलिए यह टॉलेन अभिकर्मक या फेलिंग विलयन को अपचायित नहीं करता।

उत्तर:

(अ) डेनियल सेल का नामांकित चित्र:

डेनियल सेल में दो अर्ध-कोशिकाएँ होती हैं: एक जिंक इलेक्ट्रोड ZnSO₄ विलयन में डूबा होता है (एनोड), और दूसरा कॉपर इलेक्ट्रोड CuSO₄ विलयन में डूबा होता है (कैथोड)। दोनों विलयन एक लवण सेतु (KCl या KNO₃) द्वारा जुड़े होते हैं।

(ब) इलेक्ट्रोडों पर होने वाली अर्ध-अभिक्रियाएँ:

• एनोड (ऑक्सीकरण): Zn(s) → Zn²⁺(aq) + 2e⁻
• कैथोड (अपचयन): Cu²⁺(aq) + 2e⁻ → Cu(s)

कुल सेल अभिक्रिया: Zn(s) + Cu²⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + Cu(s)

उत्तर:

A = R-NH₂ (प्राथमिक एमीन)

y = R-NH₂ (यहाँ Br₂/NaOH से कोई परिवर्तन नहीं होता, क्योंकि प्राथमिक एमीन इस अभिकर्मक से अभिक्रिया नहीं करता; यदि यह एमाइड होता तो हॉफमैन ब्रोमामाइड अभिक्रिया होती। परंतु दिए गए अनुक्रम में A पहले से एमीन है, अतः y भी वही एमीन है।)

प्रयुक्त अभिक्रियाओं के नाम:

• पहली अभिक्रिया: हॉफमैन हाइपोब्रोमाइट अभिक्रिया (वास्तव में यहाँ CHCl₃/KOH का उपयोग कार्बाइलामीन अभिक्रिया के लिए होता है, जो प्राथमिक एमीन की पहचान के लिए है। परंतु दिए गए अनुक्रम में R-CONH₂ से R-NH₂ बनाने के लिए हॉफमैन ब्रोमामाइड अभिक्रिया (Br₂/NaOH) का उपयोग होता है। यहाँ CHCl₃/KOH से R-NH₂ बनाना संभव नहीं है। अतः सही अनुक्रम होना चाहिए: R-CONH₂ → (Br₂/NaOH) → R-NH₂ → (CHCl₃/KOH) → आइसोसायनाइड। परंतु प्रश्न के अनुसार, पहली अभिक्रिया CHCl₃/KOH से है, जो कार्बाइलामीन अभिक्रिया है, और दूसरी Br₂/NaOH से है, जो हॉफमैन ब्रोमामाइड अभिक्रिया है।)
• दूसरी अभिक्रिया: हॉफमैन ब्रोमामाइड अभिक्रिया

उत्तर:

ऐल्केनेमीन (जैसे मेथिलेमीन, CH₃NH₂) अमोनिया (NH₃) से प्रबल क्षारक होती है क्योंकि ऐल्किल समूह (+I प्रभाव) के कारण नाइट्रोजन पर इलेक्ट्रॉन घनत्व बढ़ जाता है, जिससे नाइट्रोजन पर एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म प्रोटॉन ग्रहण करने के लिए अधिक सुलभ हो जाता है। अमोनिया में ऐसा कोई +I प्रभाव नहीं होता, इसलिए यह कम क्षारकीय होती है।

Identification:

• X = R–NH₂ (Alkanamine / Primary amine)
• Y = R–NC (Alkyl isocyanide)

Reactions involved:

1. Hoffmann bromamide degradation reaction – Conversion of amide (R–CONH₂) to primary amine (R–NH₂) using Br₂ and NaOH.
2. Carbylamine reaction – Conversion of primary amine (R–NH₂) to alkyl isocyanide (R–NC) using CHCl₃ and alcoholic KOH.

Reason: In alkanamines (R–NH₂), the alkyl group (R) is electron-donating (+I effect). This increases the electron density on the nitrogen atom, making the lone pair more available for donation to a proton (H⁺). In ammonia (NH₃), there is no such electron-donating group. Hence, alkanamines are stronger bases than ammonia.

मधुमेह के रोगियों का शरीर शर्करा (ग्लूकोज) का सही ढंग से उपयोग नहीं कर पाता, जिससे रक्त में शर्करा का स्तर बढ़ जाता है। कृत्रिम मधुरक (जैसे सैकरीन, एस्पार्टेम) बिना रक्त शर्करा बढ़ाए मिठास प्रदान करते हैं, इसलिए मधुमेह रोगी इनका उपयोग कर सकते हैं।

नाम: सोडियम बेंजोएट (Sodium benzoate)

कार्यप्रणाली: यह खाद्य पदार्थों में सूक्ष्मजीवों (जीवाणु, कवक) की वृद्धि को रोकता है। यह कोशिका झिल्ली को नुकसान पहुँचाता है और एंजाइमों की क्रिया को बाधित करता है, जिससे खाद्य पदार्थ लंबे समय तक सुरक्षित रहता है।

नाम: सोडियम लॉरिल सल्फेट (Sodium lauryl sulfate)

सूत्र: CH₃(CH₂)₁₁–OSO₃⁻Na⁺

Diabetic persons cannot properly metabolize glucose, leading to high blood sugar levels. Artificial sweeteners (e.g., saccharin, aspartame) provide sweetness without raising blood glucose levels, allowing diabetics to enjoy sweet taste safely.

Name: Sodium benzoate

Preservation method: It inhibits the growth of microorganisms (bacteria, fungi) by disrupting their cell membranes and interfering with enzyme activity, thus preventing food spoilage.

Name: Cetyltrimethylammonium bromide (CTAB)

Formula: CH₃(CH₂)₁₅–N⁺(CH₃)₃ Br⁻

योगज बहुलक (Addition polymer): वे बहुलक जो एकलकों के बार-बार जुड़ने से बनते हैं, बिना किसी छोटे अणु (जैसे H₂O) के निकले।

उदाहरण: पॉलिथीन (Polyethylene) – एथीन (CH₂=CH₂) एकलकों के योगज बहुलीकरण से बनता है।

समीकरण: n CH₂=CH₂ → –(CH₂–CH₂)ₙ–

उदाहरण: निओप्रीन (Neoprene) – क्लोरोप्रीन (CH₂=CCl–CH=CH₂) के बहुलीकरण से बनता है।

समीकरण:

n CH₂=CCl–CH=CH₂ → –(CH₂–CCl=CH–CH₂)ₙ–

एकलक (Monomers):

1. टेरेफ्थैलिक अम्ल (Terephthalic acid) – HOOC–C₆H₄–COOH
2. एथिलीन ग्लाइकॉल (Ethylene glycol) – HO–CH₂–CH₂–OH

इनके संघनन बहुलीकरण से डेक्रॉन (पॉलिएस्टर) बनता है।

IUPAC Name: 1-Methoxypropane

Structural Formula: CH₃–O–CH₂–CH₂–CH₃

Explanation: Methyl n-propyl ether consists of a methyl group (CH₃) and an n-propyl group (CH₃CH₂CH₂) attached to an oxygen atom. The IUPAC name is derived by naming the larger alkyl group as the parent alkane (propane) and the smaller alkoxy group (methoxy) as a substituent.

When two molecules of an alcohol are heated in the presence of concentrated sulfuric acid (H₂SO₄) at 140°C, an ether is formed by dehydration.

General Equation:

2 R–OH → R–O–R + H₂O

Example with ethanol:

2 CH₃CH₂OH → CH₃CH₂–O–CH₂CH₃ + H₂O

Explanation: One alcohol molecule loses a hydroxyl group (–OH) and the other loses a hydrogen atom (–H) from the carbon, forming water and an ether.

Williamson synthesis involves the reaction of an alkoxide ion with a primary alkyl halide to form an ether.

General Equation:

R–O⁻Na⁺ + R'–X → R–O–R' + NaX

Example for methyl n-propyl ether:

CH₃–O⁻Na⁺ + CH₃CH₂CH₂–Br → CH₃–O–CH₂CH₂CH₃ + NaBr

Explanation: Sodium methoxide (CH₃ONa) reacts with 1-bromopropane (CH₃CH₂CH₂Br) to give methyl n-propyl ether and sodium bromide.

Alkoxy benzene (e.g., methoxybenzene or anisole) exhibits resonance due to the lone pair of electrons on the oxygen atom interacting with the benzene ring. The resonance structures are:

1. Structure I: The oxygen atom is attached to the benzene ring with a single bond, and the lone pair on oxygen is delocalized into the ring. The positive charge appears on the oxygen, and the negative charge is delocalized on the ortho and para positions of the ring.
2. Structure II: The negative charge is on the ortho position (carbon adjacent to the oxygen).
3. Structure III: The negative charge is on the para position (carbon opposite to the oxygen).
4. Structure IV: The negative charge is on the other ortho position.

Representation (simplified):

O–CH₃ ↔ O⁺=CH₃ (with negative charge on ortho/para carbons)

Explanation: The resonance structures show that the alkoxy group is an electron-donating group, activating the benzene ring towards electrophilic substitution, especially at ortho and para positions.