IIT JEE 1989 Chemistry Question Paper with Answer and Solution in Hindi

(A) क्रोमियम $(Cr)$ की परमाणु संख्या $24$ है।
आउफबाऊ सिद्धांत के अनुसार,अपेक्षित विन्यास $[Ar] \, 3d^4 \, 4s^2$ है।
हालाँकि,आधा भरा हुआ $3d$ उपकोश $(3d^5)$ विनिमय ऊर्जा और समरूपता के कारण अधिक स्थिर होता है।
इसलिए,अधिक स्थिरता प्राप्त करने के लिए $4s$ कक्षक से एक इलेक्ट्रॉन $3d$ कक्षक में चला जाता है,जिससे सही विन्यास $[Ar] \, 3d^5 \, 4s^1$ प्राप्त होता है।

(B) $BF_3$ (बोरॉन ट्राइफ्लोराइड) की ज्यामिति ट्राइगोनल प्लेनर होती है,जिसमें तीन $B-F$ बंध द्विध्रुव एक-दूसरे के प्रभाव को निरस्त कर देते हैं,जिसके परिणामस्वरूप कुल द्विध्रुव आघूर्ण $0 \ D$ होता है।

(B) $but-1-ene-3-yne$ की संरचना $CH_2=CH-C \equiv CH$ है।
बंधों की गणना:
सिग्मा $( \sigma )$ बंध: इसमें $3$ $C-H$ बंध,$1$ $C-C$ एकल बंध,$1$ $C=C$ द्वि-बंध ($1$ $ \sigma $ युक्त),और $1$ $C \equiv C$ त्रि-बंध ($1$ $ \sigma $ युक्त) हैं। कुल $ \sigma $ बंध = $3 + 1 + 1 + 1 + 1 = 7$.
पाई $( \pi )$ बंध: $C=C$ बंध में $1$ $ \pi $ बंध है,और $C \equiv C$ बंध में $2$ $ \pi $ बंध हैं। कुल $ \pi $ बंध = $1 + 2 = 3$.
अतः,अणु में $7$ $ \sigma $ बंध और $3$ $ \pi $ बंध हैं।

(C) $CH_3-CH_2-OH$ यौगिक में,$C^*$ के रूप में चिह्नित कार्बन परमाणु (जो हाइड्रॉक्सिल समूह से जुड़ा है) एकल बंधों द्वारा चार अन्य परमाणुओं से जुड़ा होता है।
चूंकि यह चार सिग्मा बंध बनाता है और इसमें कोई एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म नहीं होता है,इसलिए इसकी स्टेरिस संख्या $4$ है,जो $sp^3$ संकरण के अनुरूप है।
$H-COOH$,$(NH_2)_2-C=O$,और $CH_3-CHO$ में,$C^*$ कार्बन परमाणु ऑक्सीजन के साथ द्वि-बंध में शामिल है,इसलिए वे $sp^2$ संकरण प्रदर्शित करते हैं।

(A) $PCl_3$ में,केंद्रीय $P$ परमाणु $sp^3$ संकरण दर्शाता है।
इसमें $3$ बंध युग्म और $1$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) होता है।
$VSEPR$ सिद्धांत के अनुसार,एक एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म की उपस्थिति के कारण इसकी ज्यामिति $NH_3$ की तरह पिरामिडीय होती है।

(C) आणविक कक्षक सिद्धांत $(MOT)$ के अनुसार,यदि किसी स्पीशीज में एक या अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं,तो वह अनुचुंबकीय होती है।
$1$. $O_2^-$ में $17$ इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $\sigma 1s^2, \sigma^* 1s^2, \sigma 2s^2, \sigma^* 2s^2, \sigma 2p_z^2, \pi 2p_x^2 = \pi 2p_y^2, \pi^* 2p_x^2 = \pi^* 2p_y^1$ है। इसमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होने के कारण यह अनुचुंबकीय है।
$2$. $NO$ में $15$ इलेक्ट्रॉन होते हैं। इसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $\sigma 1s^2, \sigma^* 1s^2, \sigma 2s^2, \sigma^* 2s^2, \sigma 2p_z^2, \pi 2p_x^2 = \pi 2p_y^2, \pi^* 2p_x^1$ है। इसमें अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होने के कारण यह अनुचुंबकीय है।
$3$. $CN^-$ में $14$ इलेक्ट्रॉन होते हैं। सभी इलेक्ट्रॉन युग्मित होते हैं,इसलिए यह प्रतिचुंबकीय (diamagnetic) है।
अतः,$(a)$ और $(b)$ दोनों अनुचुंबकीय हैं।

(B) एक आदर्श गैस में कणों के बीच कोई अंतर-आणविक आकर्षण बल नहीं होता है।
अनियंत्रित विस्तार (निर्वात के विरुद्ध विस्तार) के दौरान,गैस द्वारा कोई कार्य नहीं किया जाता है $(w = 0)$।
चूंकि अणुओं को अलग करने के लिए किसी आकर्षण बल को पार नहीं करना पड़ता है,इसलिए कोई आंतरिक ऊर्जा खर्च नहीं होती है और आदर्श गैस का तापमान स्थिर रहता है।

(C) वैन डर वाल्स स्थिरांक '$a$' गैस के अणुओं के बीच आकर्षण बल के परिमाण का माप है।
'$a$' का मान जितना अधिक होगा,अंतर-आणविक आकर्षण बल उतना ही मजबूत होगा।
मजबूत अंतर-आणविक आकर्षण बल गैस को द्रवित करना आसान बनाते हैं।
दिए गए मानों की तुलना करने पर: $a(NH_3) = 4.170 > a(CH_4) = 2.253 > a(N_2) = 1.390 > a(O_2) = 1.3$ है।
चूंकि $NH_3$ के लिए '$a$' का मान सबसे अधिक है,इसलिए इसे सबसे आसानी से द्रवित किया जा सकता है।

(B) अभिक्रिया $N_{2(g)} + O_{2(g)} \to 2NO_{(g)}$ एक ऊष्माशोषी अभिक्रिया है क्योंकि इस प्रक्रिया में ऊष्मा अवशोषित होती है।
अन्य सभी अभिक्रियाएं ऊष्माक्षेपी हैं क्योंकि इस प्रक्रिया के दौरान ऊष्मा मुक्त होती है।

(D) . $Na^{+} < F^{-} < O^{2-} < N^{3-}$
ये सभी आयन समइलेक्ट्रॉनिक (isoelectronic) हैं,जिसका अर्थ है कि इनमें इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान ($10$ इलेक्ट्रॉन) है।
समइलेक्ट्रॉनिक प्रजातियों के लिए,जैसे-जैसे परमाणु क्रमांक $(Z)$ बढ़ता है,आयनिक त्रिज्या कम होती जाती है क्योंकि प्रभावी नाभिकीय आवेश (effective nuclear charge) बढ़ता है।
चूंकि परमाणु क्रमांक $N(7)$,$O(8)$,$F(9)$ और $Na(11)$ हैं,इसलिए $Na^{+}$ के लिए प्रभावी नाभिकीय आवेश सबसे अधिक है,जिसके परिणामस्वरूप इसका आकार सबसे छोटा होता है।

(C) पानी में एक आयनिक यौगिक की घुलनशीलता उसकी जालक ऊर्जा (lattice energy) और जलयोजन ऊर्जा (hydration energy) के बीच के संतुलन पर निर्भर करती है।
किसी लवण के घुलनशील होने के लिए,जलयोजन ऊर्जा जालक ऊर्जा से अधिक होनी चाहिए।
$Na_2SO_4$ के मामले में,जलयोजन ऊर्जा जालक ऊर्जा से अधिक है,जिससे यह घुलनशील हो जाता है।
$BaSO_4$ के मामले में,उच्च आवेश घनत्व और मजबूत आयनिक अंतःक्रिया के कारण जालक ऊर्जा जलयोजन ऊर्जा से काफी अधिक होती है,जो इसे कम घुलनशील बनाती है।

(D) आइसोप्रोपिल समूह को $(CH_3)_2CH-$ संरचना द्वारा दर्शाया जाता है।
$1.$ $2, 2, 3, 3-$टेट्रामिथाइलपेंटेन: सभी मिथाइल समूह चतुष्क कार्बन से जुड़े हैं,इसलिए इसमें कोई आइसोप्रोपिल समूह नहीं है।
$2.$ $2, 2-$डाइमिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $CH_3-CH_2-CH_2-C(CH_3)_2-CH_3$ है। इसमें टर्ट-ब्यूटाइल समूह है,आइसोप्रोपिल नहीं।
$3.$ $2, 2, 3-$ट्राइमिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $CH_3-C(CH_3)_2-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$ है। इसमें टर्ट-ब्यूटाइल और सेक-ब्यूटाइल समूह हैं,लेकिन आइसोप्रोपिल समूह नहीं है।
$4.$ $2-$मिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2-CH_3$ है। इस यौगिक में $2-$स्थिति पर एक आइसोप्रोपिल समूह होता है।

(C) $(CH_3)_3COH$ में,संरचना $(CH_3)_3C-OH$ है।
सभी कार्बन परमाणु चार अन्य परमाणुओं के साथ एकल आबंधों द्वारा जुड़े हुए हैं,जिसका अर्थ है कि वे सभी $sp^3$ संकरित हैं।
$HCOOH$ में,कार्बोनिल कार्बन $sp^2$ संकरित है।
$(NH_2)_2CO$ में,कार्बोनिल कार्बन $sp^2$ संकरित है।
$(CH_3)_3CHO$ में,कार्बोनिल कार्बन $sp^2$ संकरित है।

(D) एक असममित कार्बन परमाणु (कायरल केंद्र) वह कार्बन परमाणु होता है जो चार अलग-अलग समूहों से जुड़ा होता है।
$CH_3-CH(OH)-CH_2Br$ में,दूसरा कार्बन परमाणु चार अलग-अलग समूहों से जुड़ा है: $-H$,$-OH$,$-CH_3$,और $-CH_2Br$।
इसलिए,यह एक असममित कार्बन परमाणु है।

(C) बंध लंबाई कार्बन परमाणु के संकरित कक्षक के $s$-लक्षण के व्युत्क्रमानुपाती होती है।
$1.$ $C_2H_2$ (एथाइन) में,कार्बन का संकरण $sp$ है,जिसमें $50 \% \ s$-लक्षण होता है।
$2.$ $C_2H_4$ (एथीन) में,कार्बन का संकरण $sp^2$ है,जिसमें $33.33 \% \ s$-लक्षण होता है।
$3.$ $C_2H_6$ (एथेन) में,कार्बन का संकरण $sp^3$ है,जिसमें $25 \% \ s$-लक्षण होता है।
चूंकि $C_2H_6$ में सबसे कम $s$-लक्षण $(25 \%)$ है,इसलिए $C_2H_6$ में $C-H$ बंध लंबाई सबसे अधिक होती है।

(A) हाइड्रोकार्बन में हाइड्रोजन की अम्लीय प्रकृति उस कार्बन परमाणु के संकरण पर निर्भर करती है जिससे वह जुड़ा होता है।
$CH \equiv CH$ (एथाइन) में,कार्बन $sp$ संकरित होता है,जिसमें $50\%$ $s$-लक्षण होता है,जो इसे अधिक विद्युत ऋणात्मक बनाता है और इसलिए $C-H$ बंध ध्रुवीय हो जाता है,जिससे हाइड्रोजन अम्लीय हो जाता है।
सोडियम धातु के साथ अभिक्रिया इसकी पुष्टि करती है: $2CH \equiv CH + 2Na \to 2CH \equiv C^{-}Na^{+} + H_2 \uparrow$.
अतः,एथाइन में अम्लीय हाइड्रोजन होता है।

(C) क्लोरीन $(Cl)$ का परमाणु क्रमांक $17$ है।
$Cl$ का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^5$ है।
संयोजकता कोश का विन्यास $3s^2 3p^5$ है।
$3p$ उपकोश में $3$ कक्षक $(3p_x, 3p_y, 3p_z)$ होते हैं। हुंड के नियम के अनुसार,$5$ इलेक्ट्रॉन इस प्रकार भरे जाते हैं: $3p_x^2, 3p_y^2, 3p_z^1$।
अयुग्मित इलेक्ट्रॉन $3p_z$ कक्षक में है।
इस इलेक्ट्रॉन के लिए:
मुख्य क्वांटम संख्या $(n)$ = $3$
$p$-कक्षक के लिए दिगंशीय क्वांटम संख्या $(l)$ = $1$
चुंबकीय क्वांटम संख्या $(m)$ का मान $-1, 0, +1$ हो सकता है। परंपरा के अनुसार,अयुग्मित इलेक्ट्रॉन को $m = +1$ दिया जाता है।
अतः,क्वांटम संख्याओं का सेट $n=3, l=1, m=1$ है।

(A) माना कि दोनों गैसों का द्रव्यमान $m \ g$ है।
$CH_4$ के मोलों की संख्या $(n_{CH_4})$ = $\frac{m}{16}$.
$H_2$ के मोलों की संख्या $(n_{H_2})$ = $\frac{m}{2}$.
गैस का आंशिक दाब उसके मोल अंश $(x_i = \frac{n_i}{n_{total}})$ के समानुपाती होता है।
$H_2$ का मोल अंश $(x_{H_2})$ = $\frac{n_{H_2}}{n_{H_2} + n_{CH_4}} = \frac{\frac{m}{2}}{\frac{m}{2} + \frac{m}{16}}$.
$x_{H_2} = \frac{\frac{m}{2}}{\frac{8m + m}{16}} = \frac{\frac{m}{2}}{\frac{9m}{16}} = \frac{m}{2} \times \frac{16}{9m} = \frac{8}{9}$.
अतः,$H_2$ द्वारा उत्पन्न आंशिक दाब कुल दाब का $\frac{8}{9}$ है।

(D) आइसोप्रोपिल समूह को $(CH_3)_2CH-$ संरचना द्वारा दर्शाया जाता है।
$1.$ $2,2,3,3-$टेट्रामिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $(CH_3)_3C-C(CH_3)_2-CH_2-CH_3$ है। इसमें कोई आइसोप्रोपिल समूह नहीं है।
$2.$ $2,2-$डाइमिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $(CH_3)_3C-CH_2-CH_2-CH_3$ है। इसमें कोई आइसोप्रोपिल समूह नहीं है।
$3.$ $2,2,3-$ट्राइमिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $(CH_3)_3C-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$ है। इसमें टर्ट-ब्यूटाइल (tert-butyl) समूह है,लेकिन आइसोप्रोपिल समूह नहीं है।
$4.$ $2-$मिथाइलपेंटेन: इसकी संरचना $(CH_3)_2CH-CH_2-CH_2-CH_3$ है। इस अणु में एक आइसोप्रोपिल समूह मौजूद है।

(D) दो कठोर दीवारों के बीच स्थिर छड़ को जब $\Delta T$ तापमान परिवर्तन द्वारा गर्म किया जाता है,तो विकसित थर्मल स्ट्रेस $\sigma$ का सूत्र है: $\sigma = Y \alpha \Delta T$.
यह दिया गया है कि दोनों छड़ों में थर्मल स्ट्रेस समान है,इसलिए: $\sigma_1 = \sigma_2$.
थर्मल स्ट्रेस का सूत्र रखने पर: $Y_1 \alpha_1 \Delta T = Y_2 \alpha_2 \Delta T$.
चूंकि तापमान परिवर्तन $\Delta T$ दोनों छड़ों के लिए समान है,हम इसे दोनों पक्षों से हटा सकते हैं: $Y_1 \alpha_1 = Y_2 \alpha_2$.
$Y_1 : Y_2$ का अनुपात ज्ञात करने के लिए पदों को व्यवस्थित करने पर: $\frac{Y_1}{Y_2} = \frac{\alpha_2}{\alpha_1}$.
दिए गए अनुपात $\alpha_1 : \alpha_2 = 2 : 3$ से,$\frac{\alpha_1}{\alpha_2} = \frac{2}{3}$,जिसका अर्थ है कि $\frac{\alpha_2}{\alpha_1} = \frac{3}{2}$.
अतः,$\frac{Y_1}{Y_2} = \frac{3}{2}$.

(C) धातु का कार्य फलन $\Phi = 4.2 \, eV = 4.2 \times 1.602 \times 10^{-19} \, J \approx 6.73 \times 10^{-19} \, J$ है।
आपतित विकिरण की ऊर्जा $E = \frac{hc}{\lambda} = \frac{6.626 \times 10^{-34} \times 3 \times 10^8}{2000 \times 10^{-10}} \, J = 9.939 \times 10^{-19} \, J$ है।
आइंस्टीन के प्रकाश-विद्युत समीकरण के अनुसार,$K_{max} = E - \Phi$।
$K_{max} = (9.939 - 6.73) \times 10^{-19} \, J = 3.209 \times 10^{-19} \, J$।
अतः,गतिज ऊर्जा लगभग $3.2 \times 10^{-19} \, J$ है।

(A) सही उत्तर $(A)$ है।
समूह $15$ के हाइड्राइडों ($NH_3$ से $SbH_3$) में,समूह में नीचे जाने पर क्षारीय सामर्थ्य घटती है।
इसका कारण यह है कि जैसे-जैसे केंद्रीय परमाणु का आकार बढ़ता है,उस पर स्थित एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म (lone pair) एक बड़ी कक्षक में होता है।
$NH_3$ में,एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म एक छोटी $sp^3$ संकरित कक्षक में होता है,जिससे यह $PH_3$,$AsH_3$ और $SbH_3$ के बड़े परमाणुओं की तुलना में दान करने के लिए अधिक आसानी से उपलब्ध होता है।

(A) नाइट्रोजन $(I)$ ऑक्साइड,जिसे नाइट्रस ऑक्साइड $(N_2O)$ के रूप में भी जाना जाता है,अमोनियम नाइट्रेट $(NH_4NO_3)$ के तापीय अपघटन द्वारा तैयार किया जाता है।
रासायनिक समीकरण इस प्रकार है:
$NH_4NO_3 \xrightarrow{\Delta} N_2O + 2H_2O$
अतः,सही विकल्प $A$ है।

(A) दिए गए ऑक्सोअम्लों में क्लोरीन की ऑक्सीकरण अवस्थाएँ इस प्रकार हैं:
$HClO_4$: $+7$
$HClO_3$: $+5$
$HClO_2$: $+3$
$HClO$: $+1$
जैसे-जैसे केंद्रीय हैलोजन परमाणु की ऑक्सीकरण संख्या बढ़ती है,ऑक्सोअम्ल की अम्लीय प्रकृति बढ़ती है।
अतः,अम्लीय सामर्थ्य का क्रम $HClO_4 > HClO_3 > HClO_2 > HClO$ है।
इस प्रकार,$HClO_4$ सबसे प्रबल अम्ल है।

(C) सांद्र $HNO_3$ एक प्रबल ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है और आयोडीन $(I_2)$ को आयोडिक अम्ल $(HIO_3)$ में ऑक्सीकृत करता है।
इस अभिक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$I_2 + 10HNO_3 \to 2HIO_3 + 10NO_2 + 4H_2O$
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(D) हिमांक में अवनमन एक अणुसंख्यक गुणधर्म है,जो विलयन में उत्पन्न कणों (आयनों) की संख्या पर निर्भर करता है।
$1$. $NaCl \to Na^{+} + Cl^{-}$ ($2$ आयन)
$2$. यूरिया एक अनपघट्य है ($1$ कण)
$3$. ग्लूकोज एक अनपघट्य है ($1$ कण)
$4$. $K_2SO_4 \to 2K^{+} + SO_4^{2-}$ ($3$ आयन)
चूंकि $K_2SO_4$ प्रति सूत्र इकाई अधिकतम आयन ($3$ आयन) उत्पन्न करता है,इसलिए यह हिमांक में अधिकतम अवनमन प्रदर्शित करेगा।

(B) एक रेडियोधर्मी नमूने की अर्ध-आयु $(t_{1/2})$ का सूत्र $t_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda}$ है।
रेडियोधर्मी नमूने की औसत आयु $(\tau)$ क्षय स्थिरांक का व्युत्क्रम होती है,जिसे $\tau = \frac{1}{\lambda}$ द्वारा दर्शाया जाता है।
अतः,अर्ध-आयु और औसत आयु क्रमशः $\frac{\ln 2}{\lambda}$ और $\frac{1}{\lambda}$ हैं।

(A) फेन प्लवन प्रक्रम का उपयोग मुख्य रूप से सल्फाइड अयस्कों के सांद्रण के लिए किया जाता है।
$A$ कॉपर पाइराइट $(CuFeS_2)$ एक सल्फाइड अयस्क है,इसीलिए इसे फेन प्लवन प्रक्रम द्वारा सांद्रित किया जाता है।