ID#7163 HSC Chemistry 2nd CQ (Dhaka 2023)

ক) তড়িৎ রাসায়নিক সারি কী?

বিভিন্ন ধাতব বা অধাতব উপাদানসমূহকে তাদের প্রমাণ বিজারণ বিভবের (Standard reduction potential) মান বৃদ্ধির ক্রমানুসারে (অথবা প্রমাণ জারণ বিভব হ্রাসের ক্রমানুসারে) সাজিয়ে যে উল্লম্ব সারণি বা সারি তৈরি করা হয়, তাকে তড়িৎ রাসায়নিক সারি (Electrochemical series) বলে।

খ) মারকনিকভ এর নীতি ব্যাখ্যা করো।

অপ্রতিসম অসম্পৃক্ত জৈব যৌগের (যেমন: অপ্রতিসম অ্যালকিন বা অ্যালকাইন) সাথে অপ্রতিসম বিকারকের (যেমন: $\text{HBr}, \text{HCl}$) যুত বা সংযোজন বিক্রিয়া ঘটার ক্ষেত্রে মারকনিকভের নীতিটি প্রযোজ্য হয়।

নীতি: অপ্রতিসম অসম্পৃক্ত যৌগের সাথে অপ্রতিসম বিকারকের সংযোজন বিক্রিয়ায়, বিকারক অণুর ঋণাত্মক অংশটি ($-\text{Br}, -\text{Cl}$ ইত্যাদি) দ্বিবন্ধনে আবদ্ধ কার্বন পরমাণুদ্বয়ের মধ্যে যে কার্বনে হাইড্রোজেন পরমাণুর সংখ্যা কম থাকে, সেই কার্বনের সাথে যুক্ত হয়।
যেমন: প্রোপিন-১ এর সাথে $\text{HBr}$ এর বিক্রিয়ায় ২-ব্রোমোপ্রোপেন প্রধান উৎপাদ ($৯০\%$) হিসেবে গঠিত হয়।
$$\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}_2 + \text{HBr} \rightarrow \text{CH}_3-\text{CH(Br)}-\text{CH}_3 \text{ [২-ব্রোমোপ্রোপেন (৯০%)]}$$

গ) উদ্দীপকের দ্রবণ Al-ধাতুর পাত্রে সংরক্ষণ করা যাবে কিনা? বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকে জিংক সালফেটের ($\text{ZnSO}_4$) দ্রবণ দেওয়া আছে। জিংক এবং অ্যালুমিনিয়ামের প্রমাণ জারণ বিভবের মান যথাক্রমে:
$E^\circ_{\text{Zn/Zn}^{2+}} = 0.76\text{ V}$
$E^\circ_{\text{Al/Al}^{3+}} = 1.66\text{ V}$

কোনো ধাতুর পাত্রে একটি দ্রবণ সংরক্ষণ করা যাবে কিনা, তা নির্ভর করে পাত্রের ধাতু এবং দ্রবণের ধাতব আয়নের সমন্বয়ে গঠিত কোষের মোট প্রমাণ তড়িৎচালক বলের ($E^\circ_{\text{cell}}$) মানের ওপর। যদি কোষের $E^\circ_{\text{cell}}$ এর মান ধনাত্মক ($+$) হয়, তবে বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে, পাত্রের ক্ষয় হবে এবং দ্রবণটি সংরক্ষণ করা যাবে না।

অ্যালুমিনিয়াম ($\text{Al}$) পাত্রে $\text{ZnSO}_4$ দ্রবণ রাখার ক্ষেত্রে সম্ভাব্য কোষের জারণ ও বিজারণ বিক্রিয়া নিচে বিশ্লেষণ করা হলো:

১. অ্যানোড ও ক্যাথোড নির্ধারণ:
যেহেতু অ্যালুমিনিয়ামের প্রমাণ জারণ বিভব ($1.66\text{ V}$) জিংকের জারণ বিভব ($0.76\text{ V}$) অপেক্ষা বেশি, সেহেতু অ্যালুমিনিয়াম অধিক সক্রিয় এবং এটি অ্যানোড (জারণ) হিসেবে কাজ করবে। দ্রবণের $\text{Zn}^{2+}$ আয়ন ক্যাথোড (বিজারণ) হিসেবে কাজ করবে।

২. অর্ধ-কোষ ও সার্বিক কোষ বিক্রিয়া:
অ্যানোড জারণ বিক্রিয়া: $2\text{Al}(s) \rightarrow 2\text{Al}^{3+}(aq) + 6e^{-} \quad [E^\circ_{\text{ox}} = 1.66\text{ V}]$
ক্যাথোড বিজারণ বিক্রিয়া: $3\text{Zn}^{2+}(aq) + 6e^{-} \rightarrow 3\text{Zn}(s) \quad [E^\circ_{\text{red}} = -0.76\text{ V}]$
--------------------------------------------------------------------------------------
সার্বিক কোষ বিক্রিয়া: $2\text{Al}(s) + 3\text{Zn}^{2+}(aq) \rightarrow 2\text{Al}^{3+}(aq) + 3\text{Zn}(s)$

৩. কোষের প্রমাণ বিভব ($E^\circ_{\text{cell}}$) গণনা:
$E^\circ_{\text{cell}} = E^\circ_{\text{Al/Al}^{3+}} + E^\circ_{\text{Zn}^{2+}/\text{Zn}}$
$=> E^\circ_{\text{cell}} = 1.66\text{ V} + (-0.76\text{ V})$
$=> E^\circ_{\text{cell}} = +0.90\text{ V}$

সিদ্ধান্ত: যেহেতু কোষের মোট বিভব $E^\circ_{\text{cell}}$ এর মান ধনাত্মক ($+0.90\text{ V}$), সেহেতু অ্যালুমিনিয়াম পাত্র এবং জিংক আয়নের মধ্যকার কোষ বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে। এর ফলে অ্যালুমিনিয়াম পাত্রটি ক্রমান্বয়ে ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে ফুটো হয়ে যাবে। অতএব, উদ্দীপকের দ্রবণটি Al-ধাতুর পাত্রে সংরক্ষণ করা যাবে না।

---

ঘ) উদ্দীপকের দ্রবণের মধ্যে 2.5amp विद्युत 1 ঘণ্টা যাবৎ চালনা করা হলো। তড়িৎ বিশ্লেষণের পর দ্রবণের ঘনমাত্রা কত হবে? গাণিতিকভাবে বিশ্লেষণ করো।

তড়িৎ বিশ্লেষণের ফলে ক্যাথোড তথা জিংক দণ্ডে জিংক আয়ন ($\text{Zn}^{2+}$) ইলেকট্রন গ্রহণ করে ধাতব জিংক হিসেবে জমা হবে, যার ফলে দ্রবণ থেকে $\text{Zn}^{2+}$ আয়নের পরিমাণ হ্রাস পাবে।

দেওয়া আছে প্রাথমিক উপাত্তসমূহ:
দ্রবণের প্রাথমিক আয়তন, $V = 250\text{ mL} = 0.25\text{ L}$
দ্রবণের প্রাথমিক ঘনমাত্রা, $S_1 = 0.5\text{ M}$
তড়িৎ প্রবাহের মাত্রা, $I = 2.5\text{ A}$
সময়, $t = 1\text{ ঘণ্টা} = 1 \times 3600\text{ s} = 3600\text{ s}$
জিংকের পারমাণবিক ভর, $M = 65.4\text{ g/mol}$
জিংকের যোজনী, $v = 2$
ফ্যারাডের ধ্রুবক, $F = 96500\text{ C}$

১. জিংকের তড়িৎ রাসায়নিক তুল্যাঙ্ক ($Z$) গণনা:
$Z = \frac{M}{v \times F}$
$=> Z = \frac{65.4}{2 \times 96500}$
$=> Z = 0.00033886\text{ g/C}$

২. ফ্যারাডের ১ম সূত্রানুযায়ী ক্যাথোডে সঞ্চিত জিংকের ভর ($W$) গণনা:
$W = ZIt$
$=> W = 0.00033886 \times 2.5 \times 3600$
$=> W = 3.04974\text{ g}$

৩. তড়িৎ বিশ্লেষণের ফলে হ্রাস পাওয়া জিংকের মোল সংখ্যা ($n_{\text{lost}}$) গণনা:
$n_{\text{lost}} = \frac{W}{M}$
$=> n_{\text{lost}} = \frac{3.04974}{65.4}$
$=> n_{\text{lost}} = 0.04663\text{ mol}$

৪. দ্রবণের প্রাথমিক ও অবশিষ্ট জিংকের মোল সংখ্যা গণনা:
দ্রবণে জিংকের প্রাথমিক মোল সংখ্যা, $n_{\text{initial}} = S_1 \times V$
$=> n_{\text{initial}} = 0.5 \times 0.25$
$=> n_{\text{initial}} = 0.125\text{ mol}$

তড়িৎ বিশ্লেষণের পর দ্রবণে অবশিষ্ট জিংকের মোল সংখ্যা, $n_{\text{left}} = n_{\text{initial}} - n_{\text{lost}}$
$=> n_{\text{left}} = 0.125 - 0.04663$
$=> n_{\text{left}} = 0.07837\text{ mol}$

৫. দ্রবণের চূড়ান্ত পরিবর্তিত ঘনমাত্রা ($S_2$) গণনা:
যেহেতু তড়িৎ বিশ্লেষণে দ্রবণের আয়তনের কোনো পরিবর্তন ঘটেনি ($V = 0.25\text{ L}$):
$S_2 = \frac{n_{\text{left}}}{V}$
$=> S_2 = \frac{0.07837}{0.25}$
$=> S_2 = 0.31348\text{ M}$

গাণিতিক সিদ্ধান্ত: উদ্দীপকের দ্রবণে ২.৫ অ্যাম্পিয়ার তড়িৎ ১ ঘণ্টা চালনা করার পর অবশিষ্টাংশের সাপেক্ষে দ্রবণের চূড়ান্ত পরিবর্তিত ঘনমাত্রা হবে $0.313\text{ M}$।


<\div style="\text-align: center; margin: 20px 0;">


<\text x="180" y="38" font-size="10" font-weight="bold" \text-anchor="middle" fill="#212529">তড়িৎ বিশ্লেষণ প্রক্রিয়া


<\text x="141" y="122" font-size="8" \text-anchor="middle" font-weight="bold">ক্যাথোড


<\text x="219" y="122" font-size="8" \text-anchor="middle" font-weight="bold">অ্যানোড


<\text x="175" y="83" font-size="8" font-weight="bold" fill="#1d4ed8" \text-anchor="middle">Zn²⁺



<\text x="180" y="14" font-size="9" font-weight="bold" fill="#b91c1c" \text-anchor="middle">I = 2.5 A, t = 1 hr


<\text x="55" y="60" font-size="8" font-weight="bold" fill="#b91c1c" \text-anchor="middle">ঘনমাত্রার পরিবর্তন
<\text x="55" y="78" font-size="8" \text-anchor="middle">আদি: 0.5 M
<\text x="55" y="95" font-size="8" font-weight="bold" fill="#b91c1c" \text-anchor="middle">শেষ: 0.313 M

চিত্র: তড়িৎ বিশ্লেষণের দরুণ দ্রবণ হতে $Zn^{2+}$ আয়ন ক্যাথোডে জমা হওয়ার ফলে ঘনমাত্রা হ্রাসের চিত্ররূপ।