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

10 g Na और 80 g Cl₂, 2Na + Cl₂ → 2NaCl के अनुसार अभिक्रिया करते हैं। NaCl का कितना द्रव्यमान m बन सकता है?

M(Na) = 22.99M(Cl₂) = 70.9M(NaCl) = 58.44 g/mol

m = g

2.स्टॉइकियोमेट्रीकठिन

अभिक्रिया C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂ में 10 g C₆H₁₂O₆ पूरी तरह अभिक्रिया करता है (बाकी अभिकारक अधिक मात्रा में) और 3.66 g CO₂ एकत्र होता है। प्रतिशत उपज Y ज्ञात करें।

M(C₆H₁₂O₆) = 180.16 g/molM(CO₂) = 44.01 g/molवास्तविक: 3.66 g

Y = %

3.मोलरता और तनुकरणमध्यम

आपको 0.4 mol/L विलयन के 100 mL चाहिए और आपके पास 2 mol/L का स्टॉक विलयन है। स्टॉक विलयन में कितना पानी V_water मिलाना होगा?

c₁ = 2 mol/Lc₂ = 0.4 mol/LV₂ = 100 mL

V_water = mL

4.मोलरता और तनुकरणकठिन

2 mol/L विलयन के 50 mL को उसी पदार्थ के 2.5 mol/L विलयन के 100 mL के साथ मिलाया जाता है। मिश्रण की सांद्रता c ज्ञात कीजिए (आयतन योगात्मक हैं)।

c₁ = 2 mol/LV₁ = 50 mLc₂ = 2.5 mol/LV₂ = 100 mL

c = mol/L

5.आदर्श गैस नियममध्यम

10 L की टंकी में 0 °C पर CH₄ का 450 g है। इसे आदर्श गैस मानकर दाब P ज्ञात कीजिए।

m = 450 gM = 16.04 g/molV = 10 LT = 0 °CR = 8.314 J/(mol·K)

P = kPa

6.आदर्श गैस नियमकठिन

900 kPa और 160 °C पर CO₂ का घनत्व ρ आदर्श गैस मानकर ज्ञात कीजिए।

M = 44.01 g/molP = 900 kPaT = 160 °CR = 8.314 J/(mol·K)

ρ = kg/m³

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीमध्यम

140 °C पर लोहा का 200 g का एक टुकड़ा (c = 0.449 J/(g·°C)) एक ऊष्मारोधी कप में 19 °C पर रखे 400 g पानी (c = 4.18 J/(g·°C)) में डाला जाता है। अंतिम ताप T_f ज्ञात कीजिए।

m_metal = 200 gc_metal = 0.449 J/(g·°C)T_metal = 140 °Cm_water = 400 gT_water = 19 °Cc_water = 4.18 J/(g·°C)

T_f = °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पीकठिन

मानक संभवन एन्थैल्पियों से अभिक्रिया C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O(l) का ΔH° ज्ञात कीजिए।

ΔH°f(C₂H₅OH) = −277.7 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 0.2 mol/L H₂ और 0.2 mol/L I₂ डालकर अभिक्रिया कराई जाती है: H₂ + I₂ ⇌ 2HI, जहाँ K_c = 4। साम्य सांद्रता [H₂] ज्ञात कीजिए।

[H₂]₀ = [I₂]₀ = 0.2 mol/LK_c = 4

[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

ऐसीटिक अम्ल (Ka = 1.8 × 10⁻⁵) के 0.01 mol/L विलयन का pH pH ज्ञात करें।

c = 0.01 mol/LKa = 1.8 × 10⁻⁵

pH =

12.pH और बफ़रकठिन

एक बफ़र में 0.5 mol/L हाइड्रोफ़्लोरिक अम्ल और 0.05 mol/L उसका सोडियम लवण है। Ka = 0.00068। बफ़र का pH pH ज्ञात करें।

[HA] = 0.5[A⁻] = 0.05Ka = 0.00068

pH =

13.अभिक्रिया गतिकीमध्यम

एक प्रथम-कोटि अभिक्रिया में A की सांद्रता 15 min में 1 mol/L से 0.2 mol/L तक घटती है। दर स्थिरांक k ज्ञात कीजिए।

C_A0 = 1 mol/LC_A = 0.2 mol/Lt = 15 min

k = min⁻¹

14.अभिक्रिया गतिकीकठिन

एक प्रथम-कोटि अभिक्रिया में 20 °C पर k = 0.005 min⁻¹ और सक्रियण ऊर्जा 90 kJ/mol है। बैच रिएक्टर अब 50 °C पर 20 min तक चलाया जाता है। प्राप्त रूपांतरण X ज्ञात कीजिए।

k₁ = 0.005 min⁻¹T₁ = 20 °CE_a = 90 kJ/molT₂ = 50 °Ct = 20 minR = 8.314 J/(mol·K)

X = %

3विलयन

1.स्टॉइकियोमेट्री

उत्तर: m = 25.42 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(Na) = 10/22.99 = 0.435 mol

n(Cl₂) = 80/70.9 = 1.128 mol

सीमांत अभिकारक

0.435/2 = 0.2175, 1.128/1 = 1.128 → Na

उत्पाद का द्रव्यमान

n(NaCl) = 0.2175·2 = 0.435 mol

m = 0.435·58.44 = 25.42 g

उत्तर

m = 25.42 g

2.स्टॉइकियोमेट्री

उत्तर: Y = 74.91 %

सैद्धांतिक उपज

n(C₆H₁₂O₆) = 10/180.16 = 0.05551 mol

m = 0.05551·2/1·44.01 = 4.886 g

प्रतिशत उपज

Y = 3.66/4.886·100 = 74.91%

उत्तर

Y = 74.91%

3.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: V_water = 80 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 = 0.4·100/2 = 20 mL

मिलाया जाने वाला पानी

V_water = 100 − 20 = 80 mL

उत्तर

V_water = 80 mL

4.मोलरता और तनुकरण

उत्तर: c = 2.333 mol/L

कुल मात्रा

n = 2·50 + 2.5·100 = 350 mmol

मिश्रण की सांद्रता

c = 350/150 = 2.333 mol/L

उत्तर

c = 2.333 mol/L

5.आदर्श गैस नियम

उत्तर: P = 6371 kPa

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

मोल

n = m/M = 450/16.04 = 28.05 mol

T = 0 + 273.15 = 273.1 K

दाब

P = nRT/V = 28.05·8.314·273.1/0.01 = 6371 kPa

उत्तर

P = 6371 kPa

6.आदर्श गैस नियम

उत्तर: ρ = 11 kg/m³

आदर्श गैस घनत्व: ρ = PM/(RT)।

गैस नियम पुनर्व्यवस्थित करें

PV = (m/M)RT → ρ = m/V = PM/(RT)

T = 160 + 273.15 = 433.1 K

घनत्व

ρ = 900·44.01/(8.314·433.1) = 11 kg/m³

उत्तर

ρ = 11 kg/m³

7.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: T_f = 25.17 °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

200·0.449·(140 − T_f) = 400·4.18·(T_f − 19)

अंतिम ताप के लिए हल करें

T_f = (89.8·140 + 1672·19)/(89.8 + 1672) = 25.17 °C

उत्तर

T_f = 25.17 °C

8.कैलोरीमिति और एन्थैल्पी

उत्तर: ΔH° = −1367 kJ

अभिक्रिया की एन्थैल्पी

ΔH° = [2·(−393.5) + 3·(−285.8)] − [1·(−277.7) + 3·0] = −1367 kJ

उत्तर

ΔH° = −1367 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

4 = (2x)²/(0.2 − x)²

वर्गमूल लें

2 = 2x/(0.2 − x) → x = 0.2·2/(2 + 2) = 0.1 mol/L

साम्य सांद्रता

[H₂] = 0.2 − 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 = 3.382

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/(0.01 − x) → x = 0.0004154 mol/L

pH

pH = −log(0.0004154) = 3.382

उत्तर

pH = 3.382

12.pH और बफ़र

उत्तर: pH = 2.167

pKa

pKa = 3.167

हेंडरसन–हैसलबाख

pH = 3.167 + log(0.05/0.5) = 2.167

उत्तर

pH = 2.167

13.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: k = 0.1073 min⁻¹

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).

समाकलित प्रथम-कोटि नियम

k = ln(C_A0/C_A)/t = ln(1/0.2)/15 = 1.609/15 = 0.1073 min⁻¹

उत्तर

k = 0.1073 min⁻¹

14.अभिक्रिया गतिकी

उत्तर: X = 95.41 %

Reaction rates: for a first-order reaction −dC/dt = kC, so C = C₀·e^−kt and the half-life ln 2/k does not depend on concentration. For a second-order reaction 1/C = 1/C₀ + kt. The rate constant rises with temperature following Arrhenius: k = A·e^−Ea/(RT).

नए तापमान पर दर स्थिरांक

T₁ = 293.1 K, T₂ = 323.1 K

k₂ = 0.005·e^{−(90000/8.314)·(1/323.1 − 1/293.1)} = 0.1541 min⁻¹

रूपांतरण

X = 1 − e^{−0.1541·20} = 1 − 0.04587 = 95.41 %

उत्तर

X = 95.41 %

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