IIT JEE 1983 Chemistry Question Paper with Answer and Solution in Hindi

(B) पृथ्वी के केंद्र से $r$ दूरी पर गुरुत्वीय स्थितिज ऊर्जा $U = -\frac{GMm}{r}$ द्वारा दी जाती है।
पृथ्वी की सतह पर,$r = R$,इसलिए $U_i = -\frac{GMm}{R}$।
सतह से $h = R$ ऊँचाई पर,केंद्र से दूरी $r = R + h = R + R = 2R$ होगी।
अतः,$h$ ऊँचाई पर स्थितिज ऊर्जा $U_f = -\frac{GMm}{2R}$ होगी।
स्थितिज ऊर्जा में वृद्धि $\Delta U = U_f - U_i = -\frac{GMm}{2R} - (-\frac{GMm}{R}) = \frac{GMm}{R} - \frac{GMm}{2R} = \frac{GMm}{2R}$ है।
चूँकि $g = \frac{GM}{R^2}$,इसलिए $GM = gR^2$ होता है।
इस मान को $\Delta U$ के व्यंजक में रखने पर,$\Delta U = \frac{(gR^2)m}{2R} = \frac{1}{2}mgR$ प्राप्त होता है।

(A) $CO_2$ का प्रारंभिक द्रव्यमान $= 200 \ mg = 0.2 \ g$.
$CO_2$ का मोलर द्रव्यमान $= 44 \ g/mol$.
$CO_2$ के प्रारंभिक मोल $= \frac{0.2}{44} = 0.004545 \ mol$.
प्रारंभिक अणुओं की संख्या $= 0.004545 \times 6.022 \times 10^{23} \approx 2.737 \times 10^{21}$ अणु।
हटाए गए अणुओं की संख्या $= 10^{21}$.
शेष अणु $= 2.737 \times 10^{21} - 1 \times 10^{21} = 1.737 \times 10^{21}$ अणु।
शेष मोल $= \frac{1.737 \times 10^{21}}{6.022 \times 10^{23}} \approx 0.288 \times 10^{-2} = 2.88 \times 10^{-3} \ mol$.
नोट: आवोगाद्रो संख्या $6 \times 10^{23}$ का उपयोग करने पर,उत्तर $2.86 \times 10^{-3}$ प्राप्त होता है,जो $2.85$ के निकट है।

(A) रदरफोर्ड का $\alpha$-कण प्रकीर्णन प्रयोग यह दर्शाता है कि परमाणु का धनात्मक आवेश और अधिकांश द्रव्यमान एक बहुत छोटे केंद्रीय भाग में केंद्रित होता है जिसे नाभिक कहा जाता है।
इस प्रकार,इस प्रयोग ने नाभिक के अस्तित्व और उसके आकार के लिए प्रत्यक्ष प्रमाण प्रदान किया।

(A) मुख्य क्वांटम संख्या,जिसे $n$ द्वारा दर्शाया जाता है,इलेक्ट्रॉन की मुख्य ऊर्जा स्तर या कोश को निर्धारित करती है।
यह मुख्य रूप से कक्षक के आकार और नाभिक से इलेक्ट्रॉन की औसत दूरी के बारे में जानकारी प्रदान करती है।
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(D) पाउली के अपवर्जन सिद्धांत के अनुसार,एक कक्षक में अधिकतम $2$ इलेक्ट्रॉन रह सकते हैं और इन इलेक्ट्रॉनों का चक्रण विपरीत होना चाहिए। इसलिए,$p_x$ कक्षक में $2$ विपरीत चक्रण वाले इलेक्ट्रॉन आ सकते हैं।

(B) $CCl_4$ में इसकी नियमित चतुष्फलकीय संरचना के कारण कोई नेट द्विध्रुव आघूर्ण नहीं होता है।
नियमित चतुष्फलकीय ज्यामिति में,चार $C-Cl$ बंध द्विध्रुव एक-दूसरे से $109.5^{\circ}$ के कोण पर स्थित होते हैं,जिससे व्यक्तिगत बंध आघूर्ण एक-दूसरे को निरस्त कर देते हैं,जिसके परिणामस्वरूप नेट द्विध्रुव आघूर्ण शून्य हो जाता है।

(D) $1, 2-$ब्यूटाडाइन की संरचना $CH_2=C=CH-CH_3$ है।
इस अणु में:
- पहला कार्बन परमाणु $(CH_2=)$ $sp^2$ संकरित है।
- दूसरा कार्बन परमाणु $(=C=)$ $sp$ संकरित है।
- तीसरा कार्बन परमाणु $(-CH=)$ $sp^2$ संकरित है।
- चौथा कार्बन परमाणु $(-CH_3)$ $sp^3$ संकरित है।
अतः,इस यौगिक में $sp, sp^2$ और $sp^3$ संकरित कार्बन परमाणु मौजूद हैं।

(D) हाइड्रोजन बंधन उन यौगिकों में बनता है जिनमें $H$ परमाणु $F$,$O$ या $N$ जैसे अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक परमाणुओं से जुड़े होते हैं।
फिनोल $(C_6H_5OH)$ में $H$,$O$ से जुड़ा है।
द्रव $NH_3$ में $H$,$N$ से जुड़ा है।
जल $(H_2O)$ में $H$,$O$ से जुड़ा है।
द्रव $HCl$ में $Cl$ की विद्युत ऋणात्मकता हाइड्रोजन बंधन के लिए पर्याप्त नहीं है और इसमें $N$,$O$ या $F$ उपस्थित नहीं है।
इसलिए,द्रव $HCl$ हाइड्रोजन बंध नहीं बनाता है।

(C) $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ में,$Cu^{2+}$ और $SO_4^{2-}$ आयनों के बीच एक विद्युत-संयोजी (आयनिक) बंध होता है।
सहसंयोजक बंध $SO_4^{2-}$ आयन के भीतर ($S$ और $O$ परमाणुओं के बीच) और $H_2O$ अणुओं के भीतर ($H$ और $O$ परमाणुओं के बीच) मौजूद होते हैं।
उपसहसंयोजक बंध $Cu^{2+}$ आयन और चार $H_2O$ अणुओं के बीच मौजूद होते हैं,जो $[Cu(H_2O)_4]^{2+}$ संकुल का निर्माण करते हैं।

(A) ज्यामितीय समावयवता उन यौगिकों द्वारा प्रदर्शित की जाती है जिनमें द्वि-आबंध के चारों ओर प्रतिबंधित घूर्णन होता है और जहाँ द्वि-आबंध का प्रत्येक कार्बन परमाणु दो अलग-अलग समूहों से जुड़ा होता है।
$2-$ब्यूटीन $(CH_3-CH=CH-CH_3)$ में,द्वि-आबंध के कार्बन परमाणु प्रत्येक एक हाइड्रोजन परमाणु $(H)$ और एक मिथाइल समूह $(CH_3)$ से जुड़े होते हैं।
अतः,यह cis-$2-$ब्यूटीन और trans-$2-$ब्यूटीन के रूप में मौजूद होता है,जो ज्यामितीय समावयवी हैं।

(C) $Hexane$ एक एल्केन है,जिसे इसकी कम अभिक्रियाशीलता के कारण पैराफिन भी कहा जाता है।
एल्केन अध्रुवीय होते हैं और सांद्र $H_2SO_4$ के साथ न तो अभिक्रिया करते हैं और न ही उसमें घुलते हैं।
इसके विपरीत,$Ethylene$ (एल्कीन) योगात्मक अभिक्रिया देता है,$Benzene$ सल्फोनीकरण से गुजरता है,और $Aniline$ (क्षार) लवण बनाने के लिए अभिक्रिया करता है,जिससे वे सांद्र $H_2SO_4$ में घुलनशील हो जाते हैं।

(C) $HgSO_4$ और $40\% \ H_2SO_4$ की उपस्थिति में प्रोपाइन का जलयोजन इस प्रकार होता है:
$CH_3-C \equiv CH + H_2O \xrightarrow{H_2SO_4, HgSO_4} CH_3-C(OH)=CH_2$ (इनोल)।
यह इनोल मध्यवर्ती टॉटोमेरिज़ेशन के माध्यम से अधिक स्थिर कीटोन,एसीटोन बनाता है:
$CH_3-C(OH)=CH_2 \rightarrow CH_3-C(=O)-CH_3$ (एसीटोन)।

(B) विभिन्न तत्वों के परमाणु जिनका परमाणु क्रमांक भिन्न होता है लेकिन द्रव्यमान संख्या समान होती है,उन्हें समभारिक (Isobars) कहा जाता है।

(A) माना बिंदु $A(60, 3)$,$B(40, -8)$ और $C(a, -52)$ हैं।
बिंदुओं के संरेख होने के लिए,सदिश $\overrightarrow{AB}$ और $\overrightarrow{BC}$ समानांतर होने चाहिए,अर्थात किसी अदिश $k$ के लिए $\overrightarrow{AB} = k(\overrightarrow{BC})$ होना चाहिए।
सबसे पहले,$\overrightarrow{AB} = (40 - 60)i + (-8 - 3)j = -20i - 11j$ की गणना करें।
इसके बाद,$\overrightarrow{BC} = (a - 40)i + (-52 - (-8))j = (a - 40)i - 44j$ की गणना करें।
$\overrightarrow{AB} = k(\overrightarrow{BC})$ रखने पर,हमें $-20i - 11j = k((a - 40)i - 44j)$ प्राप्त होता है।
$j$ के गुणांकों की तुलना करने पर,$-11 = -44k$,जिससे $k = \frac{1}{4}$ प्राप्त होता है।
$i$ के गुणांकों की तुलना करने पर,$-20 = k(a - 40)$ प्राप्त होता है।
$k = \frac{1}{4}$ रखने पर,$-20 = \frac{1}{4}(a - 40)$ प्राप्त होता है।
$-80 = a - 40$,जिसका अर्थ है कि $a = -40$।

(A) रदरफोर्ड का प्रकीर्णन प्रयोग नाभिक के आकार से संबंधित है।
रदरफोर्ड ने देखा कि अधिकांश $\alpha-$कण सोने की पन्नी से बिना विक्षेपित हुए निकल गए,जो यह दर्शाता है कि परमाणु में अधिकांश स्थान खाली है।
हालाँकि,$\alpha-$कणों का एक बहुत छोटा अंश बड़े कोणों पर विक्षेपित हुआ,जिससे यह निष्कर्ष निकला कि परमाणु का धनात्मक आवेश और अधिकांश द्रव्यमान एक बहुत छोटे क्षेत्र में केंद्रित है जिसे नाभिक कहा जाता है।

(C) कैनिज़ारो अभिक्रिया एक रासायनिक अभिक्रिया है जिसमें $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु की कमी वाले एल्डिहाइड का क्षार की उपस्थिति में असमानुपातन (disproportionation) होता है।
जिन एल्डिहाइडों में कम से कम एक $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु होता है,वे क्षार की उपस्थिति में कैनिज़ारो अभिक्रिया के बजाय एल्डोल संघनन अभिक्रिया देते हैं।
$CH_3CHO$ (एसिटाल्डिहाइड) में,$\alpha$-कार्बन से तीन $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु जुड़े होते हैं।
इसलिए,$CH_3CHO$ कैनिज़ारो अभिक्रिया नहीं देता है।

(C) चूंकि निकाय पर कोई बाहरी टॉर्क कार्य नहीं कर रहा है,इसलिए कोणीय संवेग $L$ संरक्षित रहता है।
प्रारंभिक कोणीय संवेग $L_1 = I_1 \omega_1$,जहाँ $I_1 = MR^2$ वलय का जड़त्व आघूर्ण है।
अंतिम कोणीय संवेग $L_2 = I_2 \omega_2$,जहाँ $I_2 = MR^2 + 2(mR^2) = (M + 2m)R^2$ दो द्रव्यमानों के जुड़ने के बाद वलय का कुल जड़त्व आघूर्ण है।
कोणीय संवेग संरक्षण के नियम के अनुसार,$I_1 \omega_1 = I_2 \omega_2$ है।
मान रखने पर: $(MR^2) \omega = (M + 2m)R^2 \omega_2$।
$\omega_2$ के लिए हल करने पर: $\omega_2 = \frac{MR^2 \omega}{(M + 2m)R^2} = \frac{M \omega}{M + 2m}$।

(B) वलय का अपनी अक्ष के परितः प्रारंभिक जड़त्व आघूर्ण $I_1 = Mr^2$ है।
निकाय का प्रारंभिक कोणीय संवेग $L_1 = I_1 \omega = Mr^2 \omega$ है।
जब $m$ द्रव्यमान की दो वस्तुओं को व्यास के विपरीत सिरों पर जोड़ा जाता है,तो निकाय का नया जड़त्व आघूर्ण $I_2 = Mr^2 + mr^2 + mr^2 = (M + 2m)r^2$ हो जाता है।
चूंकि निकाय पर कोई बाहरी बल आघूर्ण (टॉर्क) कार्य नहीं करता है,इसलिए कोणीय संवेग संरक्षित रहता है,अतः $L_1 = L_2$।
$Mr^2 \omega = (M + 2m)r^2 \omega'$
नए कोणीय वेग $\omega'$ के लिए हल करने पर,हमें $\omega' = \frac{M \omega}{M + 2m}$ प्राप्त होता है।

(C) वलय का अपनी अक्ष के परितः प्रारंभिक जड़त्व आघूर्ण $I_1 = MR^2$ है।
निकाय का प्रारंभिक कोणीय संवेग $L_1 = I_1 \omega = MR^2 \omega$ है।
जब $m$ द्रव्यमान की दो वस्तुओं को व्यास के विपरीत सिरों पर जोड़ा जाता है,तो निकाय का नया जड़त्व आघूर्ण $I_2 = MR^2 + mR^2 + mR^2 = (M + 2m)R^2$ हो जाता है।
चूंकि निकाय पर कोई बाह्य बल आघूर्ण कार्य नहीं करता है,इसलिए कोणीय संवेग संरक्षित रहता है,अतः $L_1 = L_2$ है।
$MR^2 \omega = (M + 2m)R^2 \omega^{\prime}$.
दोनों पक्षों को $R^2$ से विभाजित करने पर,हमें $M \omega = (M + 2m) \omega^{\prime}$ प्राप्त होता है।
अतः,नया कोणीय वेग $\omega^{\prime} = \frac{\omega M}{M + 2m}$ है।

(B) फैराडे का विद्युत अपघटन का प्रथम नियम बताता है कि इलेक्ट्रोड पर जमा या घुलित पदार्थ की मात्रा विद्युत अपघट्य से गुजरने वाले आवेश $(Q)$ के सीधे आनुपातिक होती है।
फैराडे का दूसरा नियम बताता है कि जब समान मात्रा में विद्युत धारा विभिन्न विद्युत अपघट्यों से गुजारी जाती है,तो इलेक्ट्रोड पर जमा विभिन्न पदार्थों का द्रव्यमान उनके रासायनिक तुल्यांकी भार $(E)$ के आनुपातिक होता है।
अतः,फैराडे के नियम विद्युत अपघट्य के तुल्यांकी भार से संबंधित हैं।

(B) $Cl_2 + H_2O \to 2HCl + [O]$ (नवजात ऑक्सीजन)
$\text{रंगीन पदार्थ} + [O] \xrightarrow{\text{विरंजन}} \text{रंगहीन पदार्थ}$ (ऑक्सीकरण)
क्लोरीन केवल नमी की उपस्थिति में ही विरंजन कारक के रूप में कार्य करता है क्योंकि यह नवजात ऑक्सीजन उत्पन्न करता है,जो विरंजन क्रिया के लिए उत्तरदायी है।

(B) अवाष्पशील विलेय युक्त विलयनों के लिए राउल्ट के नियम के अनुसार,वाष्प दाब में आपेक्षिक अवनमन को इस प्रकार व्यक्त किया जाता है: $\frac{P_1^o - P_1}{P_1^o} = x_2$,जहाँ $x_2$ विलेय का मोल अंश है।
अतः,वाष्प दाब में आपेक्षिक अवनमन विलेय के मोल अंश के बराबर होता है।

(D) $1^{st}$ कोटि की अभिक्रिया का विशिष्ट दर स्थिरांक $(k)$ अभिकारकों या उत्पादों की सांद्रता या अभिक्रिया के समय पर निर्भर नहीं करता है।
यह एक विशिष्ट तापमान पर अभिक्रिया के लिए एक अभिलक्षणिक स्थिरांक है।
आरेनियस समीकरण,$k = A e^{-E_a / RT}$ के अनुसार,दर स्थिरांक अभिक्रिया के तापमान पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करता है।

(C) फैराडे का विद्युत अपघटन का प्रथम नियम बताता है कि इलेक्ट्रोड पर जमा हुए पदार्थ का द्रव्यमान $(w)$ विद्युत अपघट्य से प्रवाहित विद्युत की मात्रा $(Q)$ के सीधे आनुपातिक होता है।
गणितीय रूप से,$w = Z \times Q = Z \times i \times t$।
यहाँ,$Z$ विद्युत-रासायनिक तुल्यांक है,जिसे $Z = \frac{E}{F}$ के रूप में परिभाषित किया गया है,जहाँ $E$ पदार्थ का तुल्यांकी भार है और $F$ फैराडे नियतांक है।
इसलिए,$w = \frac{E \times i \times t}{F}$।
यदि धारा $(i)$ और समय $(t)$ को स्थिर रखा जाए,तो $w \propto E$।
अतः,फैराडे के नियम विद्युत अपघट्य के तुल्यांकी भार से संबंधित हैं।

(B) तुल्यांकी चालकता का सूत्र $\Lambda_{eq} = \frac{\kappa \times 1000}{C}$ है।
यहाँ,$\kappa$ विशिष्ट चालकता $(ohm^{-1} \ cm^{-1})$ है और $C$ सांद्रता $(gm \ equivalent \ L^{-1})$ है।
इकाइयों को प्रतिस्थापित करने पर: $\Lambda_{eq} = \frac{ohm^{-1} \ cm^{-1}}{gm \ equivalent \ cm^{-3}} = ohm^{-1} \ cm^2 \ (gm \ equivalent)^{-1}$.
अतः,सही इकाई $ohm^{-1} \ cm^2 \ (gm \ equivalent)^{-1}$ है।

(C) उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो रासायनिक अभिक्रिया की दर को परिवर्तित करता है और साम्यावस्था तक पहुँचने के समय को कम करता है।

(C) एल्युमिनो-थर्मिट प्रक्रिया में,एल्युमीनियम $(Al)$ का उपयोग धातु ऑक्साइड (जैसे $Fe_2O_3$) को उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित करने के लिए किया जाता है।
चूंकि एल्युमीनियम का ऑक्सीकरण होता है $(Al \rightarrow Al^{3+} + 3e^-)$ और यह धातु ऑक्साइड को अपचयित करता है,इसलिए यह एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

(C) जब डाईएथिल ईथर $(C_2H_5-O-C_2H_5)$ को अधिक सांद्र $HI$ के साथ गर्म किया जाता है,तो यह विखंडित होकर $2$ मोल एथिल आयोडाइड $(C_2H_5I)$ और $1$ मोल जल $(H_2O)$ बनाता है।
अभिक्रिया: $C_2H_5-O-C_2H_5 + 2HI \to 2C_2H_5I + H_2O$.

(C) कैनिज़ारो अभिक्रिया उन एल्डिहाइड द्वारा दी जाती है जिनमें $\alpha-H$ परमाणु अनुपस्थित होता है।
$CH_3CHO$ में $3$ $\alpha-H$ परमाणु होते हैं,इसलिए,यह इस अभिक्रिया को नहीं दर्शाता है।

(B) एसिटामाइड की $NaOH + Br_2$ के साथ अभिक्रिया को हॉफमैन ब्रोमामाइड निम्नीकरण अभिक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,एक एमाइड को मूल एमाइड की तुलना में एक कार्बन परमाणु कम वाले प्राथमिक एमाइन में परिवर्तित किया जाता है।
$CH_3CONH_2 + Br_2 + 4NaOH \to CH_3NH_2 + Na_2CO_3 + 2NaBr + 2H_2O$
इस प्रकार,एसिटामाइड मिथाइल एमाइन देता है।