রসায়ন ১ম পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   কোনো জলীয় দ্রবণে উপস্থিত হাইড্রোজেন আয়নের ($H^+$) মোলার ঘনমাত্রার ঋণাত্মক লগারিদমকে ঐ দ্রবণের pH বলে। অর্থাৎ, $\text{pH} = -\log_{10}[H^+]$।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   যেসব d-ব্লক মৌলের অন্তত একটি সুস্থিত আয়নে d-অরবিটাল ইলেকট্রন দ্বারা আংশিক পূর্ণ (অর্থাৎ $d^{1-9}$) থাকে, তাদেরকে অবস্থান্তর মৌল বলে।
   সব অবস্থান্তর মৌলের ইলেকট্রন বিন্যাসে সর্বশেষ ইলেকট্রনটি d-অরবিটালে প্রবেশ করে বলে তারা সকলেই d-ব্লক মৌল। কিন্তু স্ক্যান্ডিয়াম ($Sc$) বা জিংক ($Zn$) এর মতো কিছু d-ব্লক মৌলের সুস্থিত আয়নে (যেমন $Sc^{3+}$-এ $3d^0$ এবং $Zn^{2+}$-এ $3d^{10}$) d-অরবিটাল আংশিক পূর্ণ থাকে না। ফলে এরা d-ব্লক মৌল হলেও অবস্থান্তর মৌল নয়। তাই বলা হয়, 'সকল অবস্থান্তর মৌল d-ব্লক মৌল, কিন্তু সকল d-ব্লক মৌল অবস্থান্তর মৌল নয়' ।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি হলো:
   $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$

   ধরি, প্রাথমিক অবস্থায় $N_2$ ও $H_2$-এর মোল সংখ্যা যথাক্রমে $1$ ও $3$।
   সাম্যাবস্থায় যদি $N_2$-এর বিয়োজন মাত্রা বা বিক্রিয়াকৃত মোল $\alpha$ হয়, তবে:

   • সাম্যাবস্থায় $N_2$ এর মোল সংখ্যা = $(1 - \alpha)$
   • সাম্যাবস্থায় $H_2$ এর মোল সংখ্যা = $3 - 3\alpha = 3(1 - \alpha)$
   • সাম্যাবস্থায় $NH_3$ এর মোল সংখ্যা = $2\alpha$

   সাম্যাবস্থায় মোট মোল সংখ্যা, $n_{\text{total}} = (1 - \alpha) + 3(1 - \alpha) + 2\alpha = 4 - 2\alpha = 2(2 - \alpha)$

   যদি সাম্যাবস্থায় মোট চাপ $P$ হয়, তবে প্রতিটি উপাদানের আংশিক চাপ:
   $p_{N_2} = \frac{1-\alpha}{2(2-\alpha)} \cdot P$
   $p_{H_2} = \frac{3(1-\alpha)}{2(2-\alpha)} \cdot P$
   $p_{NH_3} = \frac{2\alpha}{2(2-\alpha)} \cdot P = \frac{\alpha}{2-\alpha} \cdot P$

   ভরক্রিয়া সূত্রানুসারে,
   $K_P = \frac{(p_{NH_3})^2}{(p_{N_2}) \cdot (p_{H_2})^3}$

   মান বসিয়ে পাই,
   $K_P = \frac{\left(\frac{\alpha}{2-\alpha} P\right)^2}{\left(\frac{1-\alpha}{2(2-\alpha)} P\right) \cdot \left(\frac{3(1-\alpha)}{2(2-\alpha)} P\right)^3}$
   $K_P = \frac{\frac{\alpha^2}{(2-\alpha)^2} \cdot P^2}{\frac{27(1-\alpha)^4}{16(2-\alpha)^4} \cdot P^4} = \frac{16\alpha^2 (2-\alpha)^2}{27(1-\alpha)^4 P^2}$

   এটিই উদ্দীপক বিক্রিয়াটির $K_P$-এর সমীকরণ।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   লা-শাতেলিয়ারের নীতি প্রয়োগ করে উদ্দীপকের বিক্রিয়া ($N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g), \Delta H < 0$) থেকে সর্বোচ্চ উৎপাদ বা অ্যামোনিয়া পাওয়ার অনুকূল শর্তসমূহ নিচে বিশ্লেষণ করা হলো:

   ১. তাপমাত্রার প্রভাব:
   বিক্রিয়াটি একটি তাপোৎপাদী বিক্রিয়া ($ΔH$ ঋণাত্মক)। লা-শাতেলিয়ারের নীতি অনুসারে, তাপমাত্রা হ্রাস করলে সাম্যাবস্থা ডানদিকে সরে যায় এবং উৎপাদ বা $NH_3$ এর উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। কিন্তু খুব কম তাপমাত্রায় বিক্রিয়ার গতি অত্যন্ত ধীর হয়ে যায়। তাই উপযুক্ত ও পরিমিত গতি নিশ্চিত করতে সর্বোত্তম তাপমাত্রা হিসেবে ৪৫০°C - ৫৫০°C (অনুকূল তাপমাত্রা) বজায় রাখা হয়।

   ২. চাপের প্রভাব:
   বিক্রিয়কগুলোর মোট মোল সংখ্যা $(1+3) = 4$ এবং উৎপাদের মোল সংখ্যা $= 2$। অর্থাৎ সম্মুখমুখী বিক্রিয়ায় আয়তন বা মোল সংখ্যা হ্রাস পায়। ফলে চাপ বৃদ্ধি করলে সাম্য ডানদিকে ধাবিত হয় এবং $NH_3$ এর উৎপাদন বৃদ্ধি পায়। শিল্পক্ষেত্রে এ জন্য উচ্চচাপ অর্থাৎ ২০০ atm (বা প্রায় ২০০-২৫০ বায়ুমণ্ডলীয় চাপ) ব্যবহার করা হয়।

   ৩. ঘনমাত্রার প্রভাব:
   বিক্রিয়া প্রকোষ্ঠে ক্রমাগত $N_2$ ও $H_2$ গ্যাস সরবরাহ করলে এবং উৎপন্ন অ্যামোনিয়াকে ($NH_3$) দ্রবীভূত বা ঘনীভূত করে বিক্রিয়াস্থল থেকে সরিয়ে নিলে সাম্য সর্বদা ডানদিকে অগ্রসর হয়, যা উৎপাদের পরিমাণ বৃদ্ধি করে।

   ৪. প্রভাবকের ব্যবহার:
   বিক্রিয়ার গতি বৃদ্ধি করে দ্রুত সাম্যাবস্থায় পৌঁছানোর জন্য প্রভাবক হিসেবে সূক্ষ্ম লৌহ চূর্ণ (Fe) এবং প্রভাবক সহায়ক (Promoter) হিসেবে $Al_2O_3$ ও $K_2O$ বা মলিবডেনাম (Mo) ব্যবহার করা হয়।

   অতএব, সর্বোচ্চ উৎপাদ পাওয়ার শর্তগুলো হলো: ৪৫০°–৫৫০°C তাপমাত্রা, ২০০ atm চাপ, প্রভাবক Fe চূর্ণ এবং উৎপন্ন $NH_3$ অপসারণ।