ID#7169 HSC Chemistry 2nd CQ (Sylhet 2023)

ক) ডায়াস্টেরিওমার কী?

যেসব আলোক সক্রিয় ত্রিমাত্রিক সমানু বা স্টেরিওআইসোমার পরস্পরের দর্পণ প্রতিবিম্ব নয় এবং যাদের একের ওপর অপরটিকে সম্পূর্ণরূপে সমপাতিত করা যায় না, তাদেরকে ডায়াস্টেরিওমার বলে।

খ) Cu-এর বিজারণ বিভব +0.34V বলতে কী বোঝ?

কপার ($\text{Cu}$) এর প্রমাণ বিজারণ বিভব $+0.34\text{ V}$ বলতে বোঝায়, $25^\circ\text{C}$ তাপমাত্রায় $1\text{ M}$ ঘনমাত্রার কপার আয়ন ($\text{Cu}^{2+}$) সম্বলিত কোনো জলীয় দ্রবণে একটি কপার দণ্ড আংশিক নিমজ্জিত করে গঠিত প্রমাণ তড়িৎদ্বারকে যখন একটি প্রমাণ হাইড্রোজেন তড়িৎদ্বারের সাথে যুক্ত করা হয়, তখন কপার তড়িৎদ্বারটিতে স্বতঃস্ফূর্তভাবে বিজারণ অর্ধ-বিক্রিয়া ঘটে।

অর্থাৎ, হাইড্রোজেন গ্যাস অপেক্ষা কপার আয়নের ইলেকট্রন গ্রহণ করার প্রবণতা আপেক্ষিকভাবে বেশি এবং এই তড়িৎদ্বারে সংঘটিত তড়িৎ রাসায়নিক বিক্রিয়ার জন্য কোষের সামগ্রিক উৎপাদিত বিভবের মান হয় $0.34\text{ V}$।
$$\text{Cu}^{2+}(aq) + 2e^{-} \rightarrow \text{Cu}(s) \quad [E^\circ = +0.34\text{ V}]$$

গ) Z-পাত্রে 40mL পানি যোগ করলে দ্রবণের ঘনমাত্রা কত ppm হবে? হিসাব করো।

উদ্দীপকের Z-পাত্রে $10\text{ mL}$, $0.4\%$ এর সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($\text{NaOH}$) দ্রবণ রয়েছে।

দেওয়া আছে প্রাথমিক উপাত্তসমূহ:
$\text{NaOH}$ দ্রবণের প্রাথমিক আয়তন, $V_1 = 10\text{ mL}$
$\text{NaOH}$ দ্রবণের প্রাথমিক শতকরা ঘনমাত্রা, $x = 0.4\%$
$\text{NaOH}$ এর আণবিক ভর, $M = 23 + 16 + 1 = 40\text{ g/mol}$

১. Z-পাত্রের আদি দ্রবণের মোলারিটি ($S_1$) গণনা:
$S_1 = \frac{10x}{M}$
$=> S_1 = \frac{10 \times 0.4}{40}$
$=> S_1 = \frac{4}{40}$
$=> S_1 = 0.1\text{ M}$

২. ৪০ mL পানি যোগ করার পর পরিবর্তিত চূড়ান্ত মোলারিটি ($S_2$) গণনা:
যোগকৃত পানির আয়তন $= 40\text{ mL}$
সুতরাং, পরিবর্তিত চূড়ান্ত মোট আয়তন, $V_2 = V_1 + 40 = 10 + 40 = 50\text{ mL}$

লঘুকরণের সূত্রানুযায়ী ($V_1 S_1 = V_2 S_2$):
$10 \times 0.1 = 50 \times S_2$
$=> 1 = 50 \times S_2$
$=> S_2 = \frac{1}{50}$
$=> S_2 = 0.02\text{ M}$

৩. চূড়ান্ত ঘনমাত্রাকে ppm (Parts Per Million) এককে রূপান্তর:
আমরা জানি, প্রতি লিটার দ্রবণে দ্রবীভূত দ্রব্যের মিলিগ্রাম সংখ্যাই হলো $\text{ppm}$। অর্থাৎ, $\text{ppm} = \text{Molarity } (S_2) \times \text{Molecular Weight } (M) \times 10^3$
$\text{ppm} = 0.02 \times 40 \times 1000$
$=> \text{ppm} = 0.8 \times 1000$
$=> \text{ppm} = 800\text{ mg/L}$

উত্তর: Z-পাত্রে আরও $40\text{ mL}$ পানি যোগ করলে মিশ্রিত চূড়ান্ত দ্রবণের ঘনমাত্রা হবে $800\text{ ppm}$।

---

ঘ) উদ্দীপকের X-পাত্রের দ্রবণে Y ও Z পাত্রের দ্রবণ যোগ করলে মিশ্রণের প্রকৃতি কীরূপ হবে তা বিশ্লেষণ করো।

উদ্দীপকের X-পাত্রে অম্ল ($\text{H}_2\text{SO}_4$) এবং Y ও Z উভয় পাত্রে ক্ষারীয় পদার্থ ($\text{Na}_2\text{CO}_3$ ও $\text{NaOH}$) বিদ্যমান। মিশ্রণের চূড়ান্ত প্রকৃতি অম্লীয় নাকি ক্ষারীয় হবে, তা নির্ধারণ করতে প্রথমে প্রতিটি পাত্রের উপাদানের প্রোটন ($\text{H}^+$) বা হাইড্রোক্সিল ($\text{OH}^-$) আয়ন প্রদানের সক্ষমতা এবং মোল সংখ্যা গণনা করতে হবে।

নিচে ধাপে ধাপে গাণিতিক বিশ্লেষণ করা হলো:

১. X-পাত্রের এসিডের ক্ষেত্রে প্রোটন ($\text{H}^+$) এর মোল সংখ্যা গণনা:
$\text{H}_2\text{SO}_4$ দ্রবণের আয়তন, $V_{\text{X}} = 50\text{ mL} = 0.05\text{ L}$
$\text{H}_2\text{SO}_4$ দ্রবণের ঘনমাত্রা, $S_{\text{X}} = 0.21\text{ M}$
$\text{H}_2\text{SO}_4$ এর মোট মোল সংখ্যা, $n_{\text{H}_2\text{SO}_4} = V_{\text{X}} \times S_{\text{X}} = 0.05 \times 0.21 = 0.0105\text{ mol}$

যেহেতু ১ মোল $\text{H}_2\text{SO}_4$ জলীয় দ্রবণে ২ মোল $\text{H}^+$ আয়ন দান করে:
মিশ্রণে মোট সরবরাহকৃত $\text{H}^+$ এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{H}^+} = 2 \times n_{\text{H}_2\text{SO}_4}$
$=> n_{\text{H}^+} = 2 \times 0.0105$
$=> n_{\text{H}^+} = 0.021\text{ mol}$ ------------ (i)

২. Y-পাত্রের ক্ষারের ক্ষেত্রে কার্বনেট ($\text{CO}_3^{2-}$) এর মোল সংখ্যা গণনা:
$\text{Na}_2\text{CO}_3$ দ্রবণের আয়তন, $V_{\text{Y}} = 20\text{ mL} = 0.02\text{ L}$
দ্রবীভূত $\text{Na}_2\text{CO}_3$ এর ভর, $W_{\text{Y}} = 1.5\text{ g}$
$\text{Na}_2\text{CO}_3$ এর আণবিক ভর, $M_{\text{Na}_2\text{CO}_3} = (23 \times 2) + 12 + (16 \times 3) = 106\text{ g/mol}$
$\text{Na}_2\text{CO}_3$ এর মোট মোল সংখ্যা, $n_{\text{Na}_2\text{CO}_3} = \frac{W_{\text{Y}}}{M_{\text{Na}_2\text{CO}_3}} = \frac{1.5}{106} = 0.01415\text{ mol}$

প্রশমন নীতি অনুযায়ী, ১ মোল কার্বনেট আয়ন ($\text{CO}_3^{2-}$) ২ মোল প্রোটনকে ($\text{H}^+$) প্রশমিত করতে সক্ষম।
সুতরাং, $\text{Na}_2\text{CO}_3$ দ্বারা প্রশমিত হওয়া প্রয়োজনীয় $\text{H}^+$ এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Y)}} = 2 \times n_{\text{Na}_2\text{CO}_3}$
$=> n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Y)}} = 2 \times 0.01415$
$=> n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Y)}} = 0.0283\text{ mol}$ ------------ (ii)

৩. Z-পাত্রের ক্ষারের ক্ষেত্রে হাইড্রোক্সিল ($\text{OH}^-$) এর মোল সংখ্যা গণনা:
Z-পাত্রের $\text{NaOH}$ দ্রবণের আয়তন, $V_{\text{Z}} = 10\text{ mL} = 0.01\text{ L}$
গ অংশ হতে প্রাপ্ত $\text{NaOH}$ এর প্রাথমিক মোলারিটি, $S_{\text{Z}} = 0.1\text{ M}$
$\text{NaOH}$ এর মোট মোল সংখ্যা, $n_{\text{NaOH}} = V_{\text{Z}} \times S_{\text{Z}} = 0.01 \times 0.1 = 0.001\text{ mol}$

১ মোল $\text{NaOH}$ ঠিক ১ মোল প্রোটনকে ($\text{H}^+$) প্রশমিত করে।
সুতরাং, $\text{NaOH}$ দ্বারা প্রশমিত হওয়া প্রয়োজনীয় $\text{H}^+$ এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Z)}} = 0.001\text{ mol}$ ------------ (iii)

৪. মিশ্রণে মোট ক্ষার দ্বারা প্রশমন সক্ষমতা বনাম মোট এসিডের তুলনা:
Y ও Z পাত্রের ক্ষারীয় উপাদানসমূহ দ্বারা প্রশমিত হতে সক্ষম মোট প্রোটনের ($\text{H}^+$) পরিমাণ:
$n_{\text{H}^+ \text{ (total base capacity)}} = n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Y)}} + n_{\text{H}^+ \text{(absorbed by Z)}}$
$=> n_{\text{H}^+ \text{ (total base capacity)}} = 0.0283 + 0.001$
$=> n_{\text{H}^+ \text{ (total base capacity)}} = 0.0293\text{ mol}$

এখন, সমীকরণ (i) ও ক্ষারের মোট ধারণক্ষমতা তুলনা করে পাই:
$n_{\text{H}^+ \text{ (total base capacity)}} > n_{\text{H}^+ \text{ (supplied by acid)}}$
$=> 0.0293\text{ mol} > 0.021\text{ mol}$

যেহেতু মিশ্রণে উপস্থিত মোট ক্ষারের পরিমাণ এসিড থেকে প্রাপ্ত হাইড্রোজেন আয়নের তুলনায় উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি, সেহেতু এসিডের সমস্ত $\text{H}^+$ আয়ন সম্পূর্ণ প্রশমিত হওয়ার পরেও দ্রবণে অতিরিক্ত ক্ষারীয় আয়ন অবশিষ্টাংশ হিসেবে থেকে যাবে।

চূড়ান্ত সিদ্ধান্ত: উদ্দীপকের X-পাত্রের অম্লীয় দ্রবণে Y ও Z পাত্রের ক্ষারীয় দ্রবণ দুটি মিশ্রিত করলে সংঘটিত পূর্ণ রাসায়নিক বিক্রিয়ার পর মিশ্রণটিতে ক্ষারের আধিক্য থাকবে। অতএব, চূড়ান্ত মিশ্রণের প্রকৃতি ক্ষারীয় (Basic) হবে এবং এর pH এর মান ৭ এর চেয়ে বেশি হবে।