सामान्य रसायन विज्ञान: क्रैम पैक

सूत्र-पत्रक, हर विषय के मुख्य विधि-चरण और 14 अभ्यास प्रश्न, पूरे हल पीछे दिए गए हैं।

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1सूत्र और विधियाँ

स्टॉइकियोमेट्री

मोल: n = m/M
सांद्रता: c = n/V
मोल अनुपात: संतुलित समीकरण के गुणांकों का उपयोग करें
सीमांत अभिकारक: वह जो सबसे पहले खत्म होता है
प्रतिशत उपज: वास्तविक / सैद्धांतिक × 100%

विधि

रासायनिक समीकरण लिखें और संतुलित करें।
दिए गए द्रव्यमान को मोल में बदलें: n = m/M।
वांछित पदार्थ के मोल ज्ञात करने के लिए गुणांकों को मोल अनुपात के रूप में उपयोग करें।
m = n·M से वापस द्रव्यमान में बदलें। दो अभिकारकों के साथ पहले सीमांत अभिकारक ज्ञात करें।

मोलरता और तनुकरण

मोलरता: c = n/V (mol/L)
मोल: n = m/M
तनुकरण: c₁V₁ = c₂V₂
मिश्रण: c = (c₁V₁ + c₂V₂)/(V₁ + V₂)

विधि

n = m/M से द्रव्यमान को मोल में बदलें।
आयतन को लीटर में बदलें।
मोलरता c = n/V, mol/L में।
तनुकरण में मोल समान रहते हैं: c₁V₁ = c₂V₂।

आदर्श गैस नियम

आदर्श गैस नियम: pV = nRT
गैस नियतांक: R = 8.314 J/(mol·K)
संयुक्त गैस नियम: p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂
मोल: n = m/M
तापमान: T[K] = T[°C] + 273.15

कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

ऊष्मा: q = m·c·ΔT
पानी: c = 4.18 J/(g·°C)
कैलोरीमीटर: दी गई ऊष्मा = ली गई ऊष्मा
अभिक्रिया की एन्थैल्पी: ΔH° = ΣΔH°_f(products) − ΣΔH°_f(reactants)

रासायनिक साम्य

साम्य स्थिरांक: K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b)
ICE तालिका: प्रारंभिक, परिवर्तन (×गुणांक), साम्य
द्विघात समीकरण: x = (−b + √(b² − 4ac))/(2a)

विधि

K_c को उत्पाद बटा अभिकारक के रूप में लिखें, हर एक को उसके गुणांक की घात पर।
एक ICE तालिका बनाएँ: प्रारंभिक (Initial), परिवर्तन (Change, गुणांकों के x गुना के चरणों में), साम्य (Equilibrium)।
साम्य व्यंजकों को K_c में रखें और x के लिए हल करें।
जाँचें कि x सन्निकटन के लिए पर्याप्त छोटा है या नहीं; अन्यथा द्विघात समीकरण हल करें।

pH और बफ़र

pH: pH = −log[H⁺]
pOH: pOH = −log[OH⁻], pH + pOH = 14
दुर्बल अम्ल: [H⁺] ≈ √(K_a·c)
बफ़र: pH = pK_a + log([A⁻]/[HA])
तनुकरण: c₁V₁ = c₂V₂

विधि

तय करें कि अम्ल या क्षार प्रबल (पूर्णतः वियोजित) है या दुर्बल।
प्रबल अम्ल: [H⁺] उसकी सांद्रता के बराबर है। प्रबल क्षार: पहले [OH⁻] ज्ञात करें।
दुर्बल अम्ल: x = [H⁺] के लिए K_a = x²/(c − x) हल करें।
pH = −log[H⁺], और 25 °C पर pH + pOH = 14।

अभिक्रिया गतिकी

प्रथम कोटि: ln(C_A/C_A0) = −kt
अर्धायु (प्रथम कोटि): t_½ = ln 2/k
द्वितीय कोटि: 1/C_A = 1/C_A0 + kt
आरेनियस: k = A·e^−E_a/(RT)
दो तापमान: ln(k₂/k₁) = (E_a/R)(1/T₁ − 1/T₂)

2अभ्यास प्रश्न

1.स्टॉइकियोमेट्रीमध्यम

24 g CH₄ और 16 g O₂, CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O के अनुसार अभिक्रिया करते हैं। H₂O का कितना द्रव्यमान m बन सकता है?

M(CH₄) = 16.04M(O₂) = 32M(H₂O) = 18.02 g/mol

m = g

2.स्टॉइकियोमेट्रीकठिन

अभिक्रिया Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ में 12 g Fe₂O₃ पूरी तरह अभिक्रिया करता है (बाकी अभिकारक अधिक मात्रा में) और 7.39 g Fe एकत्र होता है। प्रतिशत उपज Y ज्ञात करें।

M(Fe₂O₃) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molवास्तविक: 7.39 g

Y = %

3.मोलरता और तनुकरणमध्यम

आपको 0.05 mol/L विलयन के 200 mL चाहिए और आपके पास 5 mol/L का स्टॉक विलयन है। स्टॉक विलयन का कितना आयतन V₁ चाहिए?

c₁ = 5 mol/Lc₂ = 0.05 mol/LV₂ = 200 mL

V₁ = mL

4.मोलरता और तनुकरणकठिन

0.8 mol/L विलयन के 250 mL को उसी पदार्थ के 3 mol/L विलयन के 500 mL के साथ मिलाया जाता है। मिश्रण की सांद्रता c ज्ञात कीजिए (आयतन योगात्मक हैं)।

c₁ = 0.8 mol/LV₁ = 250 mLc₂ = 3 mol/LV₂ = 500 mL

c = mol/L

5.आदर्श गैस नियममध्यम

20 L की टंकी में 55 °C पर O₂ का 80 g है। इसे आदर्श गैस मानकर दाब P ज्ञात कीजिए।

m = 80 gM = 32 g/molV = 20 LT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.आदर्श गैस नियमकठिन

500 kPa और 20 °C पर CO₂ का घनत्व ρ आदर्श गैस मानकर ज्ञात कीजिए।

M = 44.01 g/molP = 500 kPaT = 20 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीमध्यम

130 °C पर लोहा का 150 g का एक टुकड़ा (c = 0.449 J/(g·°C)) एक ऊष्मारोधी कप में 22 °C पर रखे 100 g पानी (c = 4.18 J/(g·°C)) में डाला जाता है। अंतिम ताप T_f ज्ञात कीजिए।

m_metal = 150 gc_metal = 0.449 J/(g·°C)T_metal = 130 °Cm_water = 100 gT_water = 22 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीकठिन

मानक संभवन एन्थैल्पियों से वह ऊष्मा q ज्ञात कीजिए जो 250 g C₄H₁₀ (M = 58.12 g/mol) के पूर्ण दहन पर मुक्त होती है: 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O(l)। q को धनात्मक संख्या के रूप में दें।

ΔH°f(C₄H₁₀) = −125.6 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

q = kJ

9.रासायनिक साम्यमध्यम

एक पात्र में 0.5 mol/L H₂ और 0.5 mol/L I₂ डालकर अभिक्रिया कराई जाती है: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, जहाँ K_c = 64। साम्य सांद्रता [HI] ज्ञात कीजिए।

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.5 mol/LK_c = 64

[HI] = mol/L

10.रासायनिक साम्यकठिन

PCl₅ विघटित होता है: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, अभिक्रिया ताप पर K_c = 0.02। पात्र में शुरू में केवल 0.1 mol/L PCl₅ है। साम्य सांद्रता [PCl₅] ज्ञात कीजिए।

[PCl₅]₀ = 0.1 mol/LK_c = 0.02

[PCl₅] = mol/L

11.pH और बफ़रमध्यम

ऐसीटिक अम्ल (Ka = 1.8 × 10⁻⁵) के 0.5 mol/L विलयन का pH pH ज्ञात करें।

c = 0.5 mol/LKa = 1.8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH और बफ़रकठिन

एक बफ़र में 0.5 mol/L लैक्टिक अम्ल और 0.1 mol/L उसका सोडियम लवण है। Ka = 0.00014। बफ़र का pH pH ज्ञात करें।

[HA] = 0.5[A⁻] = 0.1Ka = 0.00014

pH =

13.अभिक्रिया गतिकीमध्यम

एक द्वितीय-कोटि अभिक्रिया (−r_A = k·C_A²) में k = 0.1 L/(mol·min) और प्रारंभिक सांद्रता 0.2 mol/L है। उसकी पहली अर्धायु t_½ ज्ञात कीजिए।

k = 0.1 L/(mol·min)C_A0 = 0.2 mol/L

t_½ = min

14.अभिक्रिया गतिकीकठिन

एक अभिक्रिया का दर स्थिरांक 40 °C पर 0.01 min⁻¹ और 55 °C पर 0.0486 min⁻¹ है। सक्रियण ऊर्जा E_a ज्ञात कीजिए।

k₁ = 0.01 min⁻¹T₁ = 40 °Ck₂ = 0.0486 min⁻¹T₂ = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)

E_a = kJ/mol

3विलयन

1.स्टॉइकियोमेट्री

उत्तर: m = 9.01 g

स्टॉइकियोमेट्री: संतुलित समीकरण कण गिनता है, ग्राम नहीं। n = m/M से द्रव्यमान को मोल में बदलें, समीकरण के गुणांकों को मोल अनुपात के रूप में लें, फिर m = n·M से वापस बदलें। दो अभिकारकों में सीमांत अभिकारक वह है जो पहले खत्म होता है और उत्पाद की मात्रा तय करता है।

हर अभिकारक के मोल

n(CH₄) = 24/16.04 = 1.496 mol

n(O₂) = 16/32 = 0.5 mol

सीमांत अभिकारक

1.496/1 = 1.496, 0.5/2 = 0.25 → O₂

उत्पाद का द्रव्यमान

n(H₂O) = 0.25·2 = 0.5 mol

m = 0.5·18.02 = 9.01 g

उत्तर

m = 9.01 g

2.स्टॉइकियोमेट्री

उत्तर: Y = 88.04 %

सैद्धांतिक उपज

n(Fe₂O₃) = 12/159.69 = 0.07515 mol

m = 0.07515·2/1·55.85 = 8.394 g

प्रतिशत उपज

Y = 7.39/8.394·100 = 88.04%

उत्तर

Y = 88.04%

3.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: V₁ = 2 mL

मोलरता: सांद्रता c = n/V, mol/L में, जहाँ n = m/M। तनुकरण में विलायक जुड़ता है पर विलेय नहीं, इसलिए मोलों की संख्या वही रहती है: c₁·V₁ = c₂·V₂। एक ही विलेय के दो विलयन मिलाने पर मोल भी जुड़ते हैं और आयतन भी।

स्टॉक विलयन का आयतन

V₁ = c₂·V₂/c₁ = 0.05·200/5 = 2 mL

उत्तर

V₁ = 2 mL

4.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: c = 2.267 mol/L

कुल मात्रा

n = 0.8·250 + 3·500 = 1700 mmol

मिश्रण की सांद्रता

c = 1700/750 = 2.267 mol/L

उत्तर

c = 2.267 mol/L

5.आदर्श गैस नियम

उत्तर: P = 341 kPa

आदर्श गैस नियम: PV = nRT, n = m/M के साथ।

मोल

n = m/M = 80/32 = 2.5 mol

T = 55 + 273.15 = 328.1 K

दाब

P = nRT/V = 2.5·8.314·328.1/0.02 = 341 kPa

उत्तर

P = 341 kPa

6.आदर्श गैस नियम

उत्तर: ρ = 9.029 kg/m³

आदर्श गैस घनत्व: ρ = PM/(RT)।

गैस नियम पुनर्व्यवस्थित करें

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 20 + 273.15 = 293.1 K

घनत्व

ρ = 500·44.01/(8.314·293.1) = 9.029 kg/m³

उत्तर

ρ = 9.029 kg/m³

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: T_f = 36.99 °C

ऊष्मा और एन्थैल्पी: किसी पदार्थ को गर्म करने के लिए q = m·c·ΔT लगती है। कैलोरीमीटर में गर्म वस्तु द्वारा दी गई ऊष्मा ठंडी वस्तु द्वारा ली गई ऊष्मा के बराबर होती है। अभिक्रिया का एन्थैल्पी परिवर्तन संभवन एन्थैल्पियों से मिलता है: ΔH° = ΣΔH°f(उत्पाद) − ΣΔH°f(अभिकारक), हर एक को उसके गुणांक से गुणा करके।

ऊष्मा संतुलन

150·0.449·(130 − T_f) = 100·4.18·(T_f − 22)

अंतिम ताप के लिए हल करें

T_f = (67.35·130 + 418·22)/(67.35 + 418) = 36.99 °C

उत्तर

T_f = 36.99 °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: q = 12377 kJ

अभिक्रिया की एन्थैल्पी

ΔH° = [8·(−393.5) + 10·(−285.8)] − [2·(−125.6) + 13·0] = −5755 kJ

दिए गए द्रव्यमान के लिए ऊष्मा

n = 250/58.12 = 4.301 mol

q = n·|ΔH°/2| = 4.301·2877 = 12377 kJ

उत्तर

q = 12377 kJ

9.रासायनिक साम्य

उत्तर: [HI] = 0.8 mol/L

रासायनिक साम्य: aA + bB ⇌ cC + dD के लिए साम्य स्थिरांक K_c = [C]^c[D]^d/([A]^a[B]^b) है, जिसमें साम्य पर सांद्रताएँ ली जाती हैं। ICE तालिका (प्रारंभिक, परिवर्तन, साम्य) प्रारंभिक मात्राओं को साम्य मात्राओं से एक अज्ञात x के ज़रिए जोड़ती है, जिसे गुणांकों से मापित किया जाता है।

साम्य व्यंजक

64 = (2x)²/(0.5 − x)²

वर्गमूल लें

8 = 2x/(0.5 − x) → x = 0.5·8/(2 + 8) = 0.4 mol/L

साम्य सांद्रता

[HI] = 2x = 0.8 mol/L

उत्तर

[HI] = 0.8 mol/L

10.रासायनिक साम्य

उत्तर: [PCl₅] = 0.06417 mol/L

साम्य व्यंजक

0.02 = x²/(0.1 − x) → x² + 0.02·x − 0.002 = 0

द्विघात समीकरण हल करें

x = (−0.02 + √(0.02² + 4·0.002))/2 = 0.03583 mol/L

साम्य सांद्रता

[PCl₅] = 0.1 − 0.03583 = 0.06417 mol/L

उत्तर

[PCl₅] = 0.06417 mol/L

11.pH और बफ़र

उत्तर: pH = 2.524

pH: pH = −log₁₀[H₃O⁺] और pOH = −log₁₀[OH⁻], 25 °C पर pH + pOH = 14। प्रबल अम्ल और क्षार पूरी तरह आयनित होते हैं। दुर्बल अम्ल केवल आंशिक रूप से: Ka = x²/(c − x), जहाँ x = [H₃O⁺]। दुर्बल अम्ल और उसके संयुग्मी क्षार का बफ़र हेंडरसन–हैसलबाख का पालन करता है: pH = pKa + log([A⁻]/[HA])।

संतुलन

HA ⇌ H⁺ + A⁻: अम्ल का x mol/L आयनित होता है।

Ka = x²/(0.5 − x) → x = 0.002991 mol/L

pH

pH = −log(0.002991) = 2.524

उत्तर

pH = 2.524

12.pH और बफ़र

उत्तर: pH = 3.155

pKa

pKa = 3.854

हेंडरसन–हैसलबाख

pH = 3.854 + log(0.1/0.5) = 3.155

उत्तर

pH = 3.155

13.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: t_½ = 50 min

Integrated rate laws: zero order: C = C₀ − kt (straight line, t½ = C₀/(2k)); first order: ln(C₀/C) = kt (t½ = ln 2/k); second order: 1/C − 1/C₀ = kt (t½ = 1/(kC₀)). Conversion X means C = C₀(1 − X).

द्वितीय-कोटि अर्धायु

t_½ = 1/(k·C_A0) = 1/(0.1·0.2) = 50 min

उत्तर

t_½ = 50 min

हर अगली अर्धायु दोगुनी लंबी होती है, क्योंकि C₀ आधा हो गया है।

14.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: E_a = 90.05 kJ/mol

अभिक्रिया दर: प्रथम-कोटि अभिक्रिया के लिए −dC/dt = kC, इसलिए C = C₀·e^−kt और अर्धायु ln 2/k सांद्रता पर निर्भर नहीं करती। द्वितीय-कोटि अभिक्रिया के लिए 1/C = 1/C₀ + kt। दर स्थिरांक आरेनियस के अनुसार तापमान के साथ बढ़ता है: k = A·e^−Ea/(RT)।

परम तापमान

T₁ = 313.1 K, T₂ = 328.1 K

आरेनियस से Ea हल करें

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8.314·1.581/(-1.460e-4) = 90050 J/mol

E_a = 90.05 kJ/mol

उत्तर

E_a = 90.05 kJ/mol

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