রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   একই পরমাণুতে যেকোনো দুটি ইলেকট্রনের চারটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান কখনোই একই হতে পারে না; অন্তত একটি কোয়ান্টাম সংখ্যার মান অবশ্যই ভিন্ন হবে। এটিই পাউলির বর্জন নীতি।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   ফসফরাস ($_{15}\text{P}$) এবং সালফার ($_{16}\text{S}$) একই পর্যায়ের (৩য় পর্যায়) মৌল। পর্যায় সারণির একই পর্যায়ে বাম থেকে ডানে গেলে সাধারণত আয়নিকরণ শক্তি বৃদ্ধি পায়। তবে এদের ইলেকট্রন বিন্যাস লক্ষ্য করলে দেখা যায়:

   $_{15}\text{P} \rightarrow 1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^3$
   $_{16}\text{S} \rightarrow 1s^2\, 2s^2\, 2p^6\, 3s^2\, 3p^4$

   ফসফরাসের সর্ববহিস্থ $3p$ উপশক্তিস্তরটি অর্ধপূর্ণ ($3p^3$), যা হুন্ডের নিয়ম অনুসারে অধিক সুস্থিত। পক্ষান্তরে, সালফারের সর্ববহিস্থ $3p$ উপশক্তিস্তরে ৪টি ইলেকট্রন ($3p^4$) থাকায় এটি অর্ধপূর্ণ বা পূর্ণ কোনো সুস্থিত অবস্থায় থাকে না এবং একটি ইলেকট্রন ত্যাগ করে অর্ধপূর্ণ সুস্থিত অবস্থা অর্জন করার প্রবণতা দেখায়। সুস্থিত অর্ধপূর্ণ অবস্থা থেকে একটি ইলেকট্রন অপসারণ করতে বেশি শক্তির প্রয়োজন হয়। তাই সালফারের চেয়ে ফসফরাসের প্রথম আয়নিকরণ শক্তির মান বেশি হয়।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে i নং পাত্রে $2\%\ (w/V)\ \text{H}_2\text{SO}_4$ দ্রবণ দেওয়া আছে।

   $2\%\ (w/V)\ \text{H}_2\text{SO}_4$ দ্রবণের অর্থ হলো:
   $100\ \text{mL}$ দ্রবণে দ্রবীভূত $\text{H}_2\text{SO}_4$-এর ভর = $2\ \text{g}$

   $\text{H}_2\text{SO}_4$-এর আণবিক ভর, $M = 2 \times 1 + 32 + 4 \times 16 = 98\ \text{g/mol}$

   অতএব, দ্রবণের মোলারিটি ($S$):
   $S = \frac{W \times 1000}{M \times V(\text{mL})} = \frac{2 \times 1000}{98 \times 100} = \frac{20}{98} \approx 0.204\ \text{M}$

   $\text{H}_2\text{SO}_4$ একটি তীব্র দ্বি-ক্ষারকীয় অ্যাসিড হওয়ায় এটি জলীয় দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত হয়:
   $\text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow 2\text{H}^+ + \text{SO}_4^{2-}$

   সুতরাং, দ্রবণে $\text{H}^+$ আয়নের ঘনমাত্রা:
   $[\text{H}^+] = 2 \times S = 2 \times 0.20408\ \text{M} = 0.4082\ \text{M}$

   অতএব, দ্রবণের pH:
   $\text{pH} = -\log[\text{H}^+] = -\log(0.4082) \approx 0.39$

   সুতরাং, i নং পাত্রের দ্রবণের pH হলো প্রায় $0.39$।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের ii নং পাত্রে আছে $40\ \text{mL}\ 0.08\ \text{M}\ \text{KOH}$ দ্রবণ এবং iii নং পাত্রে আছে $60\ \text{mL}\ 0.06\ \text{M}\ \text{CH}_3\text{COOH}$ দ্রবণ।

   ii নং পাত্রে $\text{KOH}$-এর মোল সংখ্যা:
   $n_{\text{KOH}} = \frac{40 \times 0.08}{1000} = 0.0032\ \text{mol}$

   iii নং পাত্রে $\text{CH}_3\text{COOH}$-এর মোল সংখ্যা:
   $n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = \frac{60 \times 0.06}{1000} = 0.0036\ \text{mol}$

   পাত্র দুটি মিশ্রিত করলে সংঘটিত প্রশমন বিক্রিয়া:
   $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{KOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COOK} + \text{H}_2\text{O}$

   এখানে $\text{KOH}$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক।
   বিক্রিয়ার পর অবশিষ্ট $\text{CH}_3\text{COOH}$-এর মোল সংখ্যা:
   $n_{\text{CH}_3\text{COOH (অবশিষ্ট)}} = 0.0036 - 0.0032 = 0.0004\ \text{mol}$

   উৎপন্ন লবণের ($\text{CH}_3\text{COOK}$) মোল সংখ্যা:
   $n_{\text{CH}_3\text{COOK}} = 0.0032\ \text{mol}$

   মিশ্রণে অবশিষ্ট মৃদু অ্যাসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$) এবং তার তীব্র ক্ষারের লবণ ($\text{CH}_3\text{COOK}$) উপস্থিত থাকায় মিশ্র দ্রবণটি একটি আম্লিক বাফার দ্রবণ হিসেবে কাজ করে।

   বাফার ক্রিয়া ও pH অপরিবর্তিত থাকার কৌশল:
   এই মিশ্রণে সামান্য পরিমাণ i নং পাত্রের দ্রবণ (তীব্র অ্যাসিড $\text{H}_2\text{SO}_4$) যোগ করা হলে তা থেকে আগত অতিরিক্ত $\text{H}^+$ আয়ন বাফারের ক্ষারীয় উপাদান তথা লবণের বিয়োজনে উৎপন্ন অ্যাসিটেট আয়ন ($\text{CH}_3\text{COO}^-$) গ্রহণ করে মৃদু বিয়োজিত $\text{CH}_3\text{COOH}$ তৈরি করে:
   $\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COOH}$

   উৎপন্ন অ্যাসিটিক অ্যাসিড খুব দুর্বলভাবে বিয়োজিত হয় বলে দ্রবণে মুক্ত $\text{H}^+$ আয়নের ঘনমাত্রা উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায় না।

   ফলে মিশ্রণের pH-এর কোনো তাৎপর্যপূর্ণ বা উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হয় না (বাফার ক্ষমতার সীমার মধ্যে pH প্রায় স্থির থাকে)।