ID#7166 HSC Chemistry 2nd CQ (Dhaka 2023)

ক) রেসিমিক মিশ্রণ কী?

দুটি আলোক সক্রিয় আইসোমারের (d-আইসোমার ও l-আইসোমার) সমমোলার মিশ্রণকে রেসিমিক মিশ্রণ বলা হয়। এই মিশ্রণে একজোড়া এন্যানসিওমারের সমান উপস্থিতির কারণে বাহ্যিক আবর্তন ক্ষমতা শূন্য হয়ে যায় এবং মিশ্রণটি সামগ্রিকভাবে আলোক নিষ্ক্রিয় হয়।

খ) 5 মোল চিনি ও 10 মোল $\text{H}_2\text{O}$ এর মিশ্রণে চিনির মোল ভগ্নাংশ কত?

কোনো মিশ্রণের একটি উপাদানের মোল সংখ্যা এবং মিশ্রণে উপস্থিত সকল উপাদানের মোট মোল সংখ্যার অনুপাতকে ওই উপাদানের মোল ভগ্নাংশ বলে।

দেওয়া আছে উপাত্তসমূহ:
চিনির মোল সংখ্যা, $n_{\text{sugar}} = 5 \text{ mol}$
পানির মোল সংখ্যা, $n_{\text{water}} = 10 \text{ mol}$
মিশ্রণের মোট মোল সংখ্যা, $n_{\text{total}} = n_{\text{sugar}} + n_{\text{water}} = 5 + 10 = 15 \text{ mol}$

চিনির মোল ভগ্নাংশের সমীকরণ থেকে পাই:
$X_{\text{sugar}} = \frac{n_{\text{sugar}}}{n_{\text{total}}}$
$=> X_{\text{sugar}} = \frac{5}{15}$
$=> X_{\text{sugar}} = \frac{1}{3}$
$=> X_{\text{sugar}} = 0.3333$

উত্তর: উদ্দীপকের মিশ্রণে চিনির মোল ভগ্নাংশ $0.333$।

গ) উদ্দীপকের B-পাত্রের দ্রবণকে সম্পূর্ণরূপে প্রশমিত করতে A-পাত্রের সম্পূর্ণ দ্রবণের প্রয়োজন হলে দ্রবণে দ্রবীভূত KOH এর পরিমাণ নির্ণয় করো।

উদ্দীপকের A-পাত্রে রয়েছে অক্সালিক অ্যাসিড ($\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$) দ্রবণ এবং B-পাত্রে রয়েছে পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($\text{KOH}$) দ্রবণ। এদের মধ্যে সংঘটিত পূর্ণ প্রশমন বিক্রিয়ার সমীকরণটি নিম্নরূপ:
$$\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 (aq) + 2\text{KOH} (aq) \rightarrow \text{K}_2\text{C}_2\text{O}_4 (aq) + 2\text{H}_2\text{O} (l)$$

দেওয়া আছে উপাত্তসমূহ:
অক্সালিক অ্যাসিড দ্রবণের আয়তন, $V_{\text{A}} = 200 \text{ mL} = 0.2 \text{ L}$
অক্সালিক অ্যাসিড দ্রবণের মোলার ঘনমাত্রা, $S_{\text{A}} = 0.2 \text{ M}$
$\text{KOH}$ এর আণবিক ভর, $M_{\text{KOH}} = 39.1 + 16 + 1 = 56.1 \text{ g/mol}$

১. অক্সালিক অ্যাসিডের মোল সংখ্যা ($n_{\text{A}}$) গণনা:
$n_{\text{A}} = S_{\text{A}} \times V_{\text{A}}$
$=> n_{\text{A}} = 0.2 \times 0.2$
$=> n_{\text{A}} = 0.04 \text{ mol}$

২. প্রশমন সমীকরণ হতে মোল সংখ্যার সম্পর্ক স্থাপন:
রাসায়নিক সমীকরণ অনুযায়ী, $1 \text{ mol } \text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 \equiv 2 \text{ mol } \text{KOH}$
সুতরাং, প্রয়োজনীয় $\text{KOH}$ এর মোল সংখ্যা ($n_{\text{B}}$):
$n_{\text{B}} = 2 \times n_{\text{A}}$
$=> n_{\text{B}} = 2 \times 0.04$
$=> n_{\text{B}} = 0.08 \text{ mol}$

৩. দ্রবণে দ্রবীভূত $\text{KOH}$ এর ভর ($W$) গণনা:
$W = n_{\text{B}} \times M_{\text{KOH}}$
$=> W = 0.08 \times 56.1$
$=> W = 4.488 \text{ g}$

উত্তর: B-পাত্রের দ্রবণে দ্রবীভূত $\text{KOH}$ এর নির্ণেয় পরিমাণ $4.488 \text{ g}$।

---

ঘ) পাত্র-A এর দ্রবণকে পাত্র B এর দ্রবণ দ্বারা টাইট্রেট করতে কোন নির্দেশক উপযোগী? নির্দেশক লেখচিত্রের সাহায্যে ব্যাখ্যা করো।

উদ্দীপকের A-পাত্রের দ্রবণটি হলো অক্সালিক অ্যাসিড ($\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$), যা একটি মৃদু অম্ল (Weak Acid) এবং B-পাত্রের দ্রবণটি হলো পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($\text{KOH}$), যা একটি তীব্র ক্ষার (Strong Base)।

মৃদু অম্ল ও তীব্র ক্ষারের টাইট্রেশনের জন্য সর্বদা ফেনলফথ্যালিন (Phenolphthalein) নির্দেশকটি সবচেয়ে উপযোগী। নিচে এর তাত্ত্বিক মেকানিজম ও পিএইচ ($\text{pH}$) পরিবর্তনের লেখচিত্রের সাহায্যে সুনির্দিষ্ট কারণ বিশ্লেষণ করা হলো:

১. প্রশমন বিন্দু ও লবণের আর্দ্রবিশ্লেষণ মেকানিজম:
মৃদু অম্ল ($\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4$) ও তীব্র ক্ষার ($\text{KOH}$) এর পূর্ণ প্রশমন বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ পটাশিয়াম অক্সালেট ($\text{K}_2\text{C}_2\text{O}_4$) জলীয় দ্রবণে সম্পূর্ণরূপে আয়নিত হয়ে অক্সালেট আয়ন ($\text{C}_2\text{O}_4^{2-}$) তৈরি করে। এই অক্সালেট আয়ন পানির সাথে মৃদু লবণ আর্দ্রবিশ্লেষণ (Salt hydrolysis) বিক্রিয়া ঘটায়:
$$\text{C}_2\text{O}_4^{2-} (aq) + \text{H}_2\text{O} (l) \rightleftharpoons \text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4 (aq) + 2\text{OH}^- (aq)$$

বিক্রিয়ায় অতিরিক্ত হাইড্রোক্সিল আয়ন ($\text{OH}^-$) উৎপন্ন হওয়ার কারণে তুল্য বিন্দু বা প্রশমন বিন্দুতে দ্রবণের প্রকৃতি সামান্য ক্ষারীয় হয়ে যায়। ফলে মৃদু অম্ল ও তীব্র ক্ষার টাইট্রেশনের শেষবিন্দুতে $\text{pH}$ এর মান ঠিক ৭ না হয়ে ৭ এর চেয়ে বেশি, সাধারণত $pH \approx 8.5 - 9.0$ এর কাছাকাছি অবস্থান করে।

২. টাইট্রেশন পিএইচ ($\text{pH}$) পরিসর ও ফেনলফথ্যালিনের উপযোগিতা:
এই টাইট্রেশনের শেষবিন্দুতে বা তুল্য বিন্দুর ঠিক পূর্বমুহূর্তে সামান্য এক ফোঁটা ক্ষার যোগ করলে দ্রবণের $\text{pH}$ অত্যন্ত দ্রুত ৭.০ থেকে ১০.০ পরিসরে বৃদ্ধি পায়।
আমরা জানি, নির্দেশক হিসেবে ফেনলফথ্যালিনের বর্ণ পরিবর্তনের সুনির্দিষ্ট কার্যকরী $\text{pH}$ পরিসর বা রেঞ্জ হলো ৮.২ থেকে ১০.০। যেহেতু মৃদু অম্ল-তীব্র ক্ষার টাইট্রেশনের উল্লম্ব $\text{pH}$ পরিবর্তনের পরিসরটি ফেনলফথ্যালিনের কার্যকারী রেঞ্জের সাথে নিখুঁতভাবে মিলে যায়, সেহেতু এই শেষবিন্দুতে ফেনলফথ্যালিন বর্ণহীন থেকে আকস্মিক স্থায়ী গোলাপি বর্ণ ধারণ করে সঠিক নির্দেশন দেয়। পক্ষান্তরে মিথাইল অরেঞ্জ (রেঞ্জ: ৩.১ - ৪.৪) বা মিথাইল রেড (রেঞ্জ: ৪.২ - ৬.৩) এই ক্ষারীয় অঞ্চলে কোনো বর্ণ পরিবর্তন দেখাতে পারে না, তাই তারা সম্পূর্ণ অনুপযোগী।


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




<\text x="15" y="25" font-size="10" font-weight="bold">\text{\pH}
<\text x="210" y="202" font-size="10" font-weight="bold" \text-anchor="middle">যোগকৃত ক্ষারের আয়তন (mL)

<\text x="25" y="184" font-size="8">0
<\text x="25" y="140" font-size="8">4
<\text x="25" y="105" font-size="8">7
<\text x="25" y="72" font-size="8">10
<\text x="25" y="30" font-size="8">14








<\text x="240" y="85" font-size="9" font-weight="bold" fill="#c2185b">ফেনলফথ্যালিন রেঞ্জ (\text{\pH} 8.2 - 10.0)





<\text x="184" y="88" font-size="9" font-weight="bold" fill="#b91c1c">তুল্য বিন্দু (\text{\pH} ~ 8.8)

চিত্র: মৃদু অম্ল ও তীব্র ক্ষার টাইট্রেশনের প্রশমন লেখচিত্র এবং ফেনলফথ্যালিনের কার্যকর পিএইচ পরিসরের অবস্থান।

সার্বিক সিদ্ধান্ত:
লেখচিত্র ও তাত্ত্বিক আলোচনা হতে এটি সুস্পষ্ট যে, অক্সালিক অ্যাসিড (পাত্র-A) ও পটাশিয়াম হাইড্রোক্সাইড (পাত্র-B) এর টাইট্রেশনের আকস্মিক পিএইচ পরিবর্তনের উল্লম্ব অঞ্চলটি ($pH: 7 - 10$) সম্পূর্ণ ক্ষারীয় প্রকৃতির। তাই এই টাইট্রেশন সম্পন্ন করার জন্য ফেনলফথ্যালিনই একমাত্র উপযোগী ও সর্বোত্তম নির্দেশক।