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

20 g C₃H₈ और 20 g O₂, C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O के अनुसार अभिक्रिया करते हैं। H₂O का कितना द्रव्यमान m बन सकता है?

M(C₃H₈) = 44.1M(O₂) = 32M(H₂O) = 18.02 g/mol

m = g

2.स्टॉइकियोमेट्रीकठिन

अभिक्रिया Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ में 4 g Fe₂O₃ पूरी तरह अभिक्रिया करता है (बाकी अभिकारक अधिक मात्रा में) और 2.55 g Fe एकत्र होता है। प्रतिशत उपज Y ज्ञात करें।

M(Fe₂O₃) = 159.69 g/molM(Fe) = 55.85 g/molवास्तविक: 2.55 g

Y = %

3.मोलरता और तनुकरणमध्यम

आपको 0.2 mol/L विलयन के 1000 mL चाहिए और आपके पास 1 mol/L का स्टॉक विलयन है। स्टॉक विलयन में कितना पानी V_water मिलाना होगा?

c₁ = 1 mol/Lc₂ = 0.2 mol/LV₂ = 1000 mL

V_water = mL

4.मोलरता और तनुकरणकठिन

0.4 mol/L विलयन के 200 mL को उसी पदार्थ के 0.6 mol/L विलयन के 100 mL के साथ मिलाया जाता है। मिश्रण की सांद्रता c ज्ञात कीजिए (आयतन योगात्मक हैं)।

c₁ = 0.4 mol/LV₁ = 200 mLc₂ = 0.6 mol/LV₂ = 100 mL

c = mol/L

5.आदर्श गैस नियममध्यम

20 L की टंकी में 55 °C पर He का 140 g है। इसे आदर्श गैस मानकर दाब P ज्ञात कीजिए।

m = 140 gM = 4.003 g/molV = 20 LT = 55 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.आदर्श गैस नियमकठिन

He की एक निश्चित मात्रा 200 kPa, 10 L, 25 °C से 400 kPa और 200 °C पर जाती है। नया आयतन V₂ ज्ञात कीजिए।

P₁ = 200 kPaV₁ = 10 LT₁ = 25 °CP₂ = 400 kPaT₂ = 200 °C

V₂ = L

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीमध्यम

80 °C पर एल्युमिनियम का 50 g का एक टुकड़ा (c = 0.897 J/(g·°C)) एक ऊष्मारोधी कप में 25 °C पर रखे 300 g पानी (c = 4.18 J/(g·°C)) में डाला जाता है। अंतिम ताप T_f ज्ञात कीजिए।

m_metal = 50 gc_metal = 0.897 J/(g·°C)T_metal = 80 °Cm_water = 300 gT_water = 25 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीकठिन

मानक संभवन एन्थैल्पियों से अभिक्रिया CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O(l) का ΔH° ज्ञात कीजिए।

ΔH°f(CH₄) = −74.8 kJ/molΔH°f(CO₂) = −393.5 kJ/molΔH°f(H₂O, l) = −285.8 kJ/molΔH°f(O₂) = 0

ΔH° = 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 [H₂] ज्ञात कीजिए।

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.5 mol/LK_c = 64

[H₂] = mol/L

10.रासायनिक साम्यकठिन

PCl₅ विघटित होता है: PCl₅ ⇌ PCl₃ + Cl₂, अभिक्रिया ताप पर K_c = 0.04। पात्र में शुरू में केवल 0.2 mol/L PCl₅ है। साम्य सांद्रता [Cl₂] ज्ञात कीजिए।

[PCl₅]₀ = 0.2 mol/LK_c = 0.04

[Cl₂] = mol/L

11.pH और बफ़रमध्यम

लैक्टिक अम्ल (Ka = 0.00014) के 0.05 mol/L विलयन का pH pH ज्ञात करें।

c = 0.05 mol/LKa = 0.00014

pH =

12.pH और बफ़रकठिन

1.00 L बफ़र में 0.2 mol बेंज़ोइक अम्ल और 0.15 mol उसका संयुग्मी क्षार है (Ka = 6.3 × 10⁻⁵)। 0.025 mol NaOH मिलाया जाता है। नया pH pH ज्ञात करें।

n(HA) = 0.2 moln(A⁻) = 0.15 moln(OH⁻) = 0.025 molKa = 6.3 × 10⁻⁵

pH =

13.अभिक्रिया गतिकीमध्यम

एक बैच रिएक्टर में द्वितीय-कोटि अभिक्रिया (−r_A = k·C_A²) में k = 0.05 L/(mol·min) है और यह 2 mol/L से शुरू होती है। 75% रूपांतरण तक पहुँचने में कितना समय लगता है? t ज्ञात कीजिए।

k = 0.05 L/(mol·min)C_A0 = 2 mol/LX = 75 %

t = min

14.अभिक्रिया गतिकीकठिन

एक अभिक्रिया का दर स्थिरांक 25 °C पर 0.002 min⁻¹ और 65 °C पर 0.236 min⁻¹ है। सक्रियण ऊर्जा E_a ज्ञात कीजिए।

k₁ = 0.002 min⁻¹T₁ = 25 °Ck₂ = 0.236 min⁻¹T₂ = 65 °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(C₃H₈) = 20/44.1 = 0.4535 mol

n(O₂) = 20/32 = 0.625 mol

सीमांत अभिकारक

0.4535/1 = 0.4535, 0.625/5 = 0.125 → O₂

उत्पाद का द्रव्यमान

n(H₂O) = 0.125·4 = 0.5 mol

m = 0.5·18.02 = 9.01 g

उत्तर

m = 9.01 g

2.स्टॉइकियोमेट्री

उत्तर: Y = 91.14 %

सैद्धांतिक उपज

n(Fe₂O₃) = 4/159.69 = 0.02505 mol

m = 0.02505·2/1·55.85 = 2.798 g

प्रतिशत उपज

Y = 2.55/2.798·100 = 91.14%

उत्तर

Y = 91.14%

3.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: V_water = 800 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 = 0.2·1000/1 = 200 mL

मिलाया जाने वाला पानी

V_water = 1000 − 200 = 800 mL

उत्तर

V_water = 800 mL

4.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: c = 0.4667 mol/L

कुल मात्रा

n = 0.4·200 + 0.6·100 = 140 mmol

मिश्रण की सांद्रता

c = 140/300 = 0.4667 mol/L

उत्तर

c = 0.4667 mol/L

5.आदर्श गैस नियम

उत्तर: P = 4771 kPa

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

मोल

n = m/M = 140/4.003 = 34.97 mol

T = 55 + 273.15 = 328.1 K

दाब

P = nRT/V = 34.97·8.314·328.1/0.02 = 4771 kPa

उत्तर

P = 4771 kPa

6.आदर्श गैस नियम

उत्तर: V₂ = 7.935 L

संयुक्त गैस नियम: आदर्श गैस की निश्चित मात्रा के लिए P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂।

परम तापमान

T₁ = 298.1 K, T₂ = 473.1 K

संयुक्त गैस नियम

V₂ = V₁·(P₁/P₂)·(T₂/T₁) = 10·(200/400)·(473.1/298.1) = 7.935 L

उत्तर

V₂ = 7.935 L

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: T_f = 26.9 °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

50·0.897·(80 − T_f) = 300·4.18·(T_f − 25)

अंतिम ताप के लिए हल करें

T_f = (44.85·80 + 1254·25)/(44.85 + 1254) = 26.9 °C

उत्तर

T_f = 26.9 °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: ΔH° = −890.3 kJ

अभिक्रिया की एन्थैल्पी

ΔH° = [1·(−393.5) + 2·(−285.8)] − [1·(−74.8) + 2·0] = −890.3 kJ

उत्तर

ΔH° = −890.3 kJ

ऋणात्मक: अभिक्रिया ऊष्मा छोड़ती है (ऊष्माक्षेपी)।

9.रासायनिक साम्य

उत्तर: [H₂] = 0.1 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

[H₂] = 0.5 − x = 0.1 mol/L

उत्तर

[H₂] = 0.1 mol/L

10.रासायनिक साम्य

उत्तर: [Cl₂] = 0.07165 mol/L

साम्य व्यंजक

0.04 = x²/(0.2 − x) → x² + 0.04·x − 0.008 = 0

द्विघात समीकरण हल करें

x = (−0.04 + √(0.04² + 4·0.008))/2 = 0.07165 mol/L

साम्य सांद्रता

[Cl₂] = x = 0.07165 mol/L

उत्तर

[Cl₂] = 0.07165 mol/L

11.pH और बफ़र

उत्तर: pH = 2.589

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/(0.05 − x) → x = 0.002577 mol/L

pH

pH = −log(0.002577) = 2.589

उत्तर

pH = 2.589

12.pH और बफ़र

उत्तर: pH = 4.201

उदासीनीकरण

n(HA) = 0.2 − 0.025 = 0.175 mol

n(A⁻) = 0.15 + 0.025 = 0.175 mol

हेंडरसन–हैसलबाख

pH = 4.201 + log(0.175/0.175) = 4.201

उत्तर

pH = 4.201

13.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: t = 30 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).

अंत में सांद्रता

C_A = 2·(1 − 0.75) = 0.5 mol/L

समाकलित द्वितीय-कोटि नियम

t = (1/C_A − 1/C_A0)/k = (2 − 0.5)/0.05 = 30 min

उत्तर

t = 30 min

14.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: E_a = 99.97 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 = 298.1 K, T₂ = 338.1 K

आरेनियस से Ea हल करें

E_a = −R·ln(k₂/k₁)/(1/T₂ − 1/T₁) = −8.314·4.771/(-3.967e-4) = 99971 J/mol

E_a = 99.97 kJ/mol

उत्तर

E_a = 99.97 kJ/mol

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