রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   রসায়নের যে শাখায় ক্ষতিকর বা বিপজ্জনক পদার্থের উৎপাদন ও ব্যবহার হ্রাস বা পুরোপুরি বন্ধ করার লক্ষ্যে রাসায়নিক প্রক্রিয়াসমূহ এবং পরিবেশবান্ধব পণ্যের ডিজাইন বা নকশা প্রণয়ন করা হয়, তাকে সবুজ রসায়ন (Green Chemistry) বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   $HNO_3$ ও $H_3PO_4$ এর মধ্যে $HNO_3$ অধিক শক্তিশালী এসিড।

   ব্যাখ্যা:
   অক্সো এসিডসমূহের তীব্রতা মূলত কেন্দ্রীয় পরমাণুর ধনাত্মক জারণ মান এবং চার্জ ঘনত্বের ওপর নির্ভর করে।
   $HNO_3$ এ কেন্দ্রীয় পরমাণু নাইট্রোজেনের ($N$) জারণ মান:
   $+1 + x + 3(-2) = 0 \implies x = +5$

   $H_3PO_4$ এ কেন্দ্রীয় পরমাণু ফসফরাসের ($P$) জারণ মান:
   $3(+1) + x + 4(-2) = 0 \implies x = +5$

   উভয় এসিডেই কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ মান সমান ($+5$)। দুটি অক্সো এসিডের কেন্দ্রীয় পরমাণুর জারণ মান সমান হলে, যে পরমাণুর আকার অপেক্ষাকৃত ছোট তার ধনাত্মক চার্জের ঘনত্ব বেশি হয়।
   পর্যায় সারণিতে $N$ ও $P$ একই গ্রুপে অবস্থিত হলেও $N$ এর আকার $P$ অপেক্ষা ছোট। ফলে নাইট্রোজেনের ধনাত্মক চার্জ ঘনত্ব ফসফরাস অপেক্ষা বেশি হওয়ায় তা $O-H$ বন্ধনের ইলেকট্রন যুগলকে নিজের দিকে বেশি আকর্ষণ করে। এতে $O-H$ বন্ধনটি বেশি দুর্বল হয়ে পড়ে এবং সহজে দ্রবণটিতে $H^+$ আয়ন বিমুক্ত হয়। তাই $HNO_3$ এসিডটি $H_3PO_4$ অপেক্ষা অধিক শক্তিশালী।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের ১ম পাত্রে দুর্বল জৈব এসিড $HA$ রয়েছে।
   এখানে,
   এসিডের ঘনমাত্রা, $C = 0.2\text{ M}$
   এসিডটির বিয়োজন ধ্রুবক, $K_a = 1.8 \times 10^{-4}$

   দুর্বল মনোপ্রোটিক এসিডের ক্ষেত্রে বিয়োজন মাত্রা,
   $\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}} = \sqrt{\frac{1.8 \times 10^{-4}}{0.2}} = \sqrt{9 \times 10^{-4}} = 0.03$

   যেহেতু $\alpha < 0.05$ (বা $5\%$ এর কম), সুতরাং দ্রবণে হাইড্রোজেন আয়নের ঘনমাত্রা,
   $[H^+] = C \times \alpha = 0.2 \times 0.03 = 6 \times 10^{-3}\text{ M}$
   (অথবা, $[H^+] = \sqrt{K_a \times C} = \sqrt{1.8 \times 10^{-4} \times 0.2} = \sqrt{3.6 \times 10^{-5}} = 6 \times 10^{-3}\text{ M}$)

   আমরা জানি,
   $\text{pH} = -\log[H^+]$
   $\implies \text{pH} = -\log(6 \times 10^{-3}) = 3 - \log(6) \approx 2.22$

   অতএব, উদ্দীপকের ১ম পাত্রের দ্রবণের pH হলো $2.22$।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   ১ম ও ২য় পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে সামান্য ক্ষার যোগ করলে দ্রবণের pH-এর মানের কোনো উল্লেখযোগ্য পরিবর্তন হবে না; অর্থাৎ pH প্রায় অপরিবর্তিত থাকবে।

   গাণিতিক বিশ্লেষণ ও ব্যাখ্যা:
   উদ্দীপকে $M$ এর পারমাণবিক সংখ্যা $19$, যা পটাসিয়াম ($K$) নির্দেশ করে। সুতরাং ক্ষারটি হলো পটাসিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($KOH$), যা একটি তীব্র ক্ষার।

   ১ম পাত্রে $HA$ এর মোল সংখ্যা = $V_1 \times S_1 = \frac{60}{1000}\text{ L} \times 0.2\text{ M} = 0.012\text{ mol}$
   ২য় পাত্রে $KOH$ এর মোল সংখ্যা = $V_2 \times S_2 = \frac{40}{1000}\text{ L} \times 0.2\text{ M} = 0.008\text{ mol}$

   ১ম ও ২য় পাত্র মিশ্রিত করলে সংঘটিত প্রশমন বিক্রিয়া:
   $HA + KOH \rightarrow KA + H_2O$

   বিক্রিয়ায় $0.008\text{ mol } KOH$ প্রশমিত করতে $0.008\text{ mol } HA$ প্রয়োজন হয়।
   বিক্রিয়া শেষে অবশিষ্ট $HA$ এর পরিমাণ = $(0.012 - 0.008)\text{ mol} = 0.004\text{ mol}$
   উৎপন্ন লবণ $KA$ এর পরিমাণ = $0.008\text{ mol}$

   দেখা যাচ্ছে, মিশ্রণে অবশিষ্ট দুর্বল এসিড ($HA$) এবং তীব্র ক্ষারের সাথে এর বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ ($KA$) উপস্থিত থাকে। ফলে এই মিশ্রণটি একটি অম্লীয় বাফার দ্রবণ গঠন করে।

   সামান্য ক্ষার যোগ করার প্রতিক্রিয়া:
   বাফার মিশ্রণটিতে লবণ $KA$ সম্পূর্ণরূপে বিয়োজিত অবস্থায় থাকে এবং এসিড $HA$ আংশিক বিয়োজিত অবস্থায় সাম্যাবস্থায় থাকে:
   $KA \rightarrow K^+ + A^-$
   $HA \rightleftharpoons H^+ + A^-$

   এই দ্রবণে সামান্য ক্ষার (অর্থাৎ $OH^-$ আয়ন) যোগ করা হলে, দ্রবণে উপস্থিত অবিয়োজিত দুর্বল এসিড $HA$ যোগকৃত ক্ষারকে প্রশমিত করে দুর্বল তড়িৎ-বিশ্লেষ্য পানিতে পরিণত করে:
   $HA + OH^- \rightleftharpoons A^- + H_2O$

   ফলে দ্রবণে মুক্ত $OH^-$ বা $H^+$ আয়নের ঘনমাত্রার কোনো পরিবর্তন ঘটে না।
   সুতরাং, ১ম ও ২য় পাত্রের মিশ্রিত দ্রবণে সামান্য ক্ষার যোগ করলেও দ্রবণের pH এর কোনো পরিবর্তন হবে না।