IIT JEE 1991 Chemistry Question Paper with Answer and Solution in Gujarati

(C) આપેલ સલ્ફેટ $ZnSO_4 \cdot 7H_2O$ સાથે સમરૂપ હોવાથી,તેનું સૂત્ર $MSO_4 \cdot 7H_2O$ થશે.
ધારો કે $M$ નું પરમાણ્વીય દળ $m$ છે.
$MSO_4 \cdot 7H_2O$ નું આણ્વીય દળ $= m + 32 + (4 \times 16) + 7 \times (2 \times 1 + 16) = m + 222$.
$M$ ની ટકાવારી $= \frac{m}{m + 222} \times 100 = 9.87$.
$100m = 9.87(m + 222)$.
$100m = 9.87m + 2191.14$.
$90.13m = 2191.14$.
$m = \frac{2191.14}{90.13} \approx 24.3$.

(D) $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ નું આણ્વીય દળ $63.5 + 32 + 64 + 90 = 249.5 \ g/mol$ છે.
$6.022 \times 10^{23}$ અણુઓનું વજન $249.5 \ g$ છે.
તેથી,$1 \times 10^{22}$ અણુઓનું વજન:
$\text{વજન} = \frac{249.5 \times 1 \times 10^{22}}{6.022 \times 10^{23}} \ g \approx 4.143 \ g$.
આથી સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) $HC\equiv C-CH=CH_2$ અણુમાં,બીજા અને ત્રીજા કાર્બન વચ્ચેના એકલ બંધમાં રહેલા કાર્બન પરમાણુઓના સંકરણનું વિશ્લેષણ કરીએ.
$1$. પ્રથમ કાર્બન ત્રિ-બંધને કારણે $sp$ સંકરણ ધરાવે છે.
$2$. બીજો કાર્બન પણ ત્રિ-બંધને કારણે $sp$ સંકરણ ધરાવે છે.
$3$. ત્રીજો કાર્બન દ્વિ-બંધને કારણે $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
$4$. ચોથો કાર્બન દ્વિ-બંધને કારણે $sp^2$ સંકરણ ધરાવે છે.
$5$. પ્રશ્નમાં પૂછાયેલ એકલ બંધ બીજા કાર્બન $(sp)$ અને ત્રીજા કાર્બન $(sp^2)$ વચ્ચે છે.
તેથી,$C-C$ એકલ બંધમાં કાર્બન પરમાણુઓનું સંકરણ $sp-sp^2$ છે.

(A) બંધારણો નીચે મુજબ છે:
$NO_2^+$: $[O=N=O]^+$
$NCO^-$: $[N \equiv C-O]^-$
$CS_2$: $S=C=S$
$CS_2$ માં,મધ્યસ્થ કાર્બન પરમાણુ $sp$-સંકરિત છે,જેના પરિણામે તે રેખીય ભૂમિતિ ધરાવે છે.
$NCO^-$ અને $NO_2^+$ એ $CS_2$ સાથે આઇસોઇલેક્ટ્રોનિક છે (દરેકમાં $16$ સંયોજકતા ઇલેક્ટ્રોન છે),તેથી તેઓ પણ રેખીય ભૂમિતિ ધરાવે છે.

(C) $K_p$ અને $K_c$ વચ્ચેનો સંબંધ નીચે મુજબ છે: $K_p = K_c(RT)^{\Delta n}$.
$K_p = K_c$ થવા માટે,$\Delta n$ નું મૂલ્ય $0$ હોવું જોઈએ.
$\Delta n$ એ વાયુરૂપ નીપજો અને વાયુરૂપ પ્રક્રિયકોના તત્વયોગમિતિય સહગુણકોના સરવાળા વચ્ચેનો તફાવત છે.
વિકલ્પ $(C)$ માટે: $H_{2_{(g)}} + Cl_{2_{(g)}} \rightleftharpoons 2HCl_{(g)}$,$\Delta n = 2 - (1 + 1) = 0$.
તેથી,આ પ્રક્રિયા માટે $K_p = K_c$ થાય છે.

(C) પ્રક્રિયા $PCl_{5(g)} \rightleftharpoons PCl_{3(g)} Cl_{2(g)}$ માટે,વાયુરૂપ નીપજોના મોલની કુલ સંખ્યા $2$ છે અને પ્રક્રિયકોના $1$ છે.
લી શેટલિયરના સિદ્ધાંત મુજબ,જે પ્રક્રિયામાં વાયુરૂપ નીપજોના મોલની સંખ્યા વાયુરૂપ પ્રક્રિયકોના મોલની સંખ્યા કરતા વધારે હોય $(\Delta n_g > 0)$:
$1$. અચળ કદે નિષ્ક્રિય વાયુ ઉમેરવાથી પ્રક્રિયક જાતિઓના આંશિક દબાણમાં ફેરફાર થતો નથી,તેથી સંતુલન પર કોઈ અસર થતી નથી.
$2$. ક્લોરિન વાયુ $(Cl_2)$ ઉમેરવાથી નીપજોની સાંદ્રતા વધે છે,જે સંતુલનને પ્રતિગામી દિશામાં ખસેડે છે.
$3$. અચળ દબાણે નિષ્ક્રિય વાયુ ઉમેરવાથી પાત્રનું કદ વધે છે. નીપજોના મોલ પ્રક્રિયકો કરતા વધારે હોવાથી,તંત્ર કદમાં થયેલા વધારાને દૂર કરવા માટે વધુ મોલ ધરાવતી બાજુ તરફ ખસે છે,આમ પુરોગામી પ્રક્રિયાને અનુકૂળ બનાવે છે.
$4$. પાત્રનું કદ ઘટાડવાથી કુલ દબાણ વધે છે,જે સંતુલનને ઓછા મોલ ધરાવતી બાજુ (પ્રતિગામી દિશા) તરફ ખસેડે છે.

(A) એન્થાલ્પી ફેરફાર $(\Delta H)$ અને આંતરિક ઉર્જા ફેરફાર $(\Delta U)$ વચ્ચેનો સંબંધ: $\Delta H - \Delta U = \Delta n_g RT$ છે.
પ્રક્રિયા $2C_6H_{6(l)} + 15O_{2(g)} \to 12CO_{2(g)} + 6H_2O_{(l)}$ માટે,વાયુરૂપ ઘટકોના મોલની સંખ્યામાં ફેરફાર: $\Delta n_g = 12 - 15 = -3$.
અહીં $T = 298\,K$ અને $R = 8.314\,J\,K^{-1}\,mol^{-1}$ છે.
કિંમતો મૂકતા: $\Delta H - \Delta U = -3 \times 8.314 \times 298 = -7432.7\,J$.
$kJ$ માં ફેરવતા: $-7432.7\,J \approx -7.43\,kJ$.

(B) $BaO_2$ ની મંદ $H_2SO_4$ સાથેની પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$BaO_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 + H_2O_2$
નીપજોમાં સૌથી વધુ વિદ્યુતઋણ તત્વ ઓક્સિજન છે.
$H_2O_2$ માં,ઓક્સિજન પેરોક્સાઇડ સ્વરૂપમાં છે,તેથી તેનો ઓક્સિડેશન આંક $-1$ છે.
$BaSO_4$ માં,ઓક્સિજન ઓક્સાઇડ સ્વરૂપમાં છે,તેથી તેનો ઓક્સિડેશન આંક $-2$ છે.
તેથી,ઓક્સિડેશન આંક $-1$ અને $-2$ છે.

(C) ઓક્સિડેશનકર્તા એ પદાર્થ છે જેનું રિડક્શન થઈ શકે છે (તેનો ઓક્સિડેશન આંક ઘટે છે),અને રિડક્શનકર્તા એ પદાર્થ છે જેનું ઓક્સિડેશન થઈ શકે છે (તેનો ઓક્સિડેશન આંક વધે છે).
$Al_2O_3$ માં,$Al$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+3$ છે,જે તેની મહત્તમ શક્ય ઓક્સિડેશન અવસ્થા છે (સમૂહ $13$).
તેથી,$Al$ નું વધુ ઓક્સિડેશન થઈ શકતું નથી,જેનો અર્થ છે કે $Al_2O_3$ રિડક્શનકર્તા તરીકે વર્તી શકતું નથી.
અન્ય સંયોજનોમાં,મધ્યસ્થ પરમાણુ મધ્યવર્તી ઓક્સિડેશન અવસ્થામાં છે,જે તેમને ઓક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા બંને તરીકે વર્તવાની ક્ષમતા આપે છે.

(B) દ્રાવણની સાંદ્રતા (Strength) શોધવાનું સૂત્ર: $\text{Strength} = \text{Normality} \times \text{Equivalent mass}$.
$H_2O_2$ નું તુલ્ય દળ (Equivalent mass) = $\frac{\text{Molar mass}}{n\text{-factor}} = \frac{34}{2} = 17 \ g \ eq^{-1}$.
અહીં,$\text{Normality} = 1.5 \ N$ અને $\text{Volume} = 1 \ L$ આપેલ છે.
$\text{Strength} = 1.5 \times 17 = 25.5 \ g \ L^{-1}$.
કદ $1 \ L$ હોવાથી,હાજર $H_2O_2$ નું પ્રમાણ $25.5 \ g$ થશે.

(A) $SO_2$ માં $S$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+4$ છે.
$S$ માટે ઓક્સિડેશન આંકની રેન્જ $-2$ થી $+6$ છે.
$SO_2$ માં $S$ નો ઓક્સિડેશન આંક $(+4)$ તેના લઘુત્તમ $(-2)$ અને મહત્તમ $(+6)$ ઓક્સિડેશન આંકની વચ્ચે હોવાથી,તેનું ઓક્સિડેશન થઈને $+6$ અથવા રિડક્શન થઈને $-2$ થઈ શકે છે.
તેથી,$SO_2$ ઓક્સિડેશનકર્તા અને રિડક્શનકર્તા બંને તરીકે વર્તી શકે છે.

(D) સાયક્લોબ્યુટાડાયનાઈલ એનાયન $({C_4}{H_4})^{2-}$ ચાર સભ્યોની રીંગ ધરાવે છે જેમાં બે દ્વિબંધ અને કાર્બન પર બે ઋણ વીજભાર હોય છે.
દરેક દ્વિબંધ $2$ $\pi$ ઈલેક્ટ્રોન આપે છે,જે કુલ $4$ $\pi$ ઈલેક્ટ્રોન બનાવે છે.
બે ઋણ વીજભાર દરેક $p$-ઓર્બિટલમાં ઈલેક્ટ્રોનની એક લોન પેર દર્શાવે છે,જે $\pi$ સિસ્ટમમાં ભાગ લે છે.
તેથી,કુલ $\pi$ ઈલેક્ટ્રોન $= 4 \text{ (દ્વિબંધમાંથી)} + 2 \times 2 \text{ (ઋણ વીજભારમાંથી)} = 8$ $\pi$ ઈલેક્ટ્રોન.
આમ,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) $CH_3CN$ (એસીટોનાઇટ્રાઇલ) માં,નાઇટ્રોજન પરમાણુ પાસે ઇલેક્ટ્રોનની અબંધકારક ઇલેક્ટ્રોન યુગ્મ (lone pair) હોય છે,જે તેને ન્યુક્લિયોફાઇલ તરીકે વર્તવા દે છે.
વધુમાં,સાયનો ગ્રુપ $(-CN)$ નો કાર્બન પરમાણુ અત્યંત વિદ્યુતઋણ નાઇટ્રોજન પરમાણુ સાથે જોડાયેલો હોવાથી,કાર્બન પરમાણુ ઇલેક્ટ્રોન-ઉણપ ધરાવે છે અને ન્યુક્લિયોફિલિક હુમલા માટે સંવેદનશીલ છે,જે તેને ઇલેક્ટ્રોફાઇલ તરીકે વર્તવા દે છે.
તેથી,$CH_3CN$ ન્યુક્લિયોફિલિક અને ઇલેક્ટ્રોફિલિક બંને ગુણધર્મો દર્શાવે છે.

(B) બંધ લંબાઈ કાર્બન પરમાણુઓના સંકરણ પર આધાર રાખે છે.
જેમ $s$-લક્ષણ વધે છે,તેમ બંધ લંબાઈ ઘટે છે.
$C_2H_2$ ($sp$ સંકરણ,$1.20 \ \mathring{A}$) < $C_2H_4$ ($sp^2$ સંકરણ,$1.34 \ \mathring{A}$) < $C_6H_6$ (વિસ્થાનિક $sp^2$ સંકરણ,$1.39 \ \mathring{A}$) < $C_2H_6$ ($sp^3$ સંકરણ,$1.54 \ \mathring{A}$).
આમ,સાચો ક્રમ $C_2H_2 < C_2H_4 < C_6H_6 < C_2H_6$ છે.

(C) $NO_3^- + 4H^+ + x e^- \to 2H_2O + NO$ સમીકરણને સંતુલિત કરવા માટે,આપણે પરમાણુઓ અને વીજભાર બંનેને સંતુલિત કરવા જોઈએ.
$NO_3^-$ માં,$N$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+5$ છે.
$NO$ માં,$N$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+2$ છે.
ઓક્સિડેશન આંકમાં ફેરફાર $5 - 2 = 3$ છે.
તેથી,$N^{+5}$ નું $N^{+2}$ માં રિડક્શન કરવા માટે $3$ ઇલેક્ટ્રોનની જરૂર પડે છે.
સંતુલિત સમીકરણ $NO_3^- + 4H^+ + 3e^- \to 2H_2O + NO$ છે.

(D) આપેલ ઓક્સોએનાયન્સની રચના નીચે મુજબ છે:
$1$. $S_2O_3^{2-}$ (થાયોસલ્ફેટ): તેમાં $S-S$ બંધ હોય છે.
$2$. $S_2O_4^{2-}$ (ડાયથાયોનાઈટ): તેમાં $S-S$ બંધ હોય છે.
$3$. $S_2O_5^{2-}$ (પાયરોસલ્ફાઈટ): તેમાં $S-S$ બંધ હોય છે.
$4$. $S_2O_7^{2-}$ (પાયરોસલ્ફેટ અથવા ડાયસલ્ફેટ): તેની રચના $O_3S-O-SO_3^{2-}$ છે,જેમાં $S-O-S$ જોડાણ હોય છે,$S-S$ બંધ હોતો નથી.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(D) . $S_2O_7^{2-}$ (પાયરોસલ્ફેટ આયન) માં,બે સલ્ફર પરમાણુઓ ઓક્સિજન પરમાણુ દ્વારા જોડાયેલા હોય છે ($S-O-S$ જોડાણ). તેમાં સીધો $S-S$ બંધ હોતો નથી.
બંધારણો નીચે મુજબ છે:
$1$. $S_2O_4^{2-}$: $O_2S-SO_2^{2-}$ ($S-S$ બંધ ધરાવે છે)
$2$. $S_2O_5^{2-}$: $O_2S-SO_3^{2-}$ ($S-S$ બંધ ધરાવે છે)
$3$. $S_2O_3^{2-}$: $S-SO_3^{2-}$ ($S-S$ બંધ ધરાવે છે)
$4$. $S_2O_7^{2-}$: $O_3S-O-SO_3^{2-}$ ($S-O-S$ બંધ ધરાવે છે,$S-S$ બંધ નથી)

(D) આપેલા સંયોજનો માટે ઉષ્મીય વિઘટન પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$1$. $NH_4NO_2 \xrightarrow{\Delta} N_2 + 2H_2O$
$2$. $2NaN_3 \xrightarrow{\Delta} 2Na + 3N_2$
$3$. $(NH_4)_2Cr_2O_7 \xrightarrow{\Delta} N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$
આ ત્રણેય સંયોજનો ઉષ્મીય વિઘટન પર $N_2$ વાયુ મુક્ત કરે છે,તેથી સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(B) બેઝિક રેડિકલ્સના ગુણાત્મક વિશ્લેષણમાં,$NH_4Cl$ અને $NH_4OH$ (જલીય $NH_3$) નો ઉપયોગ ગ્રુપ-$III$ ના કેટાયન્સ માટે ગ્રુપ રીએજન્ટ તરીકે થાય છે.
$NH_4Cl$ એ કોમન આયન ઇફેક્ટને કારણે $NH_4OH$ ના વિયોજનને ઘટાડે છે,જેનાથી $OH^-$ આયનોની સાંદ્રતા ઘટે છે.
આ $OH^-$ ની ઓછી સાંદ્રતા $Al(OH)_3$,$Fe(OH)_3$,અને $Cr(OH)_3$ ના દ્રાવ્યતા ગુણાકાર $(K_{sp})$ કરતા વધી જાય છે,જેના કારણે તેઓ અવક્ષેપિત થાય છે.
તેથી,$Al^{3+}$ આ પ્રક્રિયકો દ્વારા અવક્ષેપિત થાય છે.

(C) $1$. $Ni(CO)_4$ માં,$Ni$ નો ઓક્સિડેશન આંક $0$ છે. ઇલેક્ટ્રોન રચના $[Ar] 3d^8 4s^2$ છે. $CO$ પ્રબળ લિગેન્ડ હોવાથી,તે $4s$ ના ઇલેક્ટ્રોનને $3d$ કક્ષકમાં યુગ્મિત કરે છે,પરિણામે $sp^3$ સંકરણ થાય છે અને કોઈ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન રહેતા નથી. તેથી તે પ્રતિચુંબકીય છે.
$2$. $[Ni(CN)_4]^{2-}$ માં,$Ni$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+2$ છે. ઇલેક્ટ્રોન રચના $[Ar] 3d^8$ છે. $CN^-$ પ્રબળ લિગેન્ડ હોવાથી,તે $3d$ કક્ષકમાં ઇલેક્ટ્રોનનું યુગ્મન કરે છે,પરિણામે $dsp^2$ સંકરણ થાય છે અને કોઈ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન રહેતા નથી. તેથી તે પ્રતિચુંબકીય છે.
$3$. $[NiCl_4]^{2-}$ માં,$Ni$ નો ઓક્સિડેશન આંક $+2$ છે. ઇલેક્ટ્રોન રચના $[Ar] 3d^8$ છે. $Cl^-$ નિર્બળ લિગેન્ડ હોવાથી,તે ઇલેક્ટ્રોનનું યુગ્મન કરી શકતો નથી. પરિણામે $sp^3$ સંકરણ થાય છે અને $3d$ કક્ષકમાં બે અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રોન રહે છે. તેથી તે અનુચુંબકીય છે.
આમ,$Ni(CO)_4$ અને $[Ni(CN)_4]^{2-}$ પ્રતિચુંબકીય છે,જ્યારે $[NiCl_4]^{2-}$ અનુચુંબકીય છે.

(A) પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $C_2H_5Br + AgNO_2 \rightarrow C_2H_5NO_2 + AgBr$.
$AgNO_2$ એક સહસંયોજક સંયોજન છે જેમાં $Ag-O$ બંધ હાજર હોય છે.
જોકે,ન્યુક્લિયોફિલિક વિસ્થાપનની પ્રકૃતિને કારણે,નાઈટ્રોજન પરમાણુ દ્વારા હુમલો થાય છે કારણ કે આ ચોક્કસ સહસંયોજક વાતાવરણમાં $O$ પરમાણુ કરતા $N$ પરમાણુ વધુ ન્યુક્લિયોફિલિક હોય છે.
આમ,મુખ્ય નીપજ તરીકે નાઈટ્રોઈથેન $(C_2H_5NO_2)$ બને છે.

(A) $1-$ક્લોરોબ્યુટેનની આલ્કોહોલિક $KOH$ સાથેની પ્રક્રિયા એ ડિહાઇડ્રોહેલોજિનેશન પ્રક્રિયા (વિલોપન પ્રક્રિયા) છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$\beta$-કાર્બન પરથી હાઇડ્રોજન પરમાણુ અને $\alpha$-કાર્બન પરથી ક્લોરિન પરમાણુ દૂર થાય છે,જેના પરિણામે આલ્કીન બને છે.
$CH_3CH_2CH_2CH_2-Cl + KOH(\text{alc.}) \to CH_3CH_2CH=CH_2 + KCl + H_2O$.
બનતી નીપજ $1-$બ્યુટીન છે.

(D) $m$-ક્લોરોબેન્ઝાલ્ડિહાઈડમાં $\alpha$-હાઈડ્રોજન પરમાણુ હોતો નથી. તેથી,તે સાંદ્ર $KOH$ ની હાજરીમાં કેનિઝારો પ્રક્રિયા આપે છે.
કેનિઝારો પ્રક્રિયામાં,આલ્ડિહાઈડનો એક અણુ અનુરૂપ કાર્બોક્સિલિક એસિડ ક્ષારમાં ઓક્સિડેશન પામે છે અને બીજો અણુ અનુરૂપ આલ્કોહોલમાં રિડક્શન પામે છે.
આમ,$m$-ક્લોરોબેન્ઝાલ્ડિહાઈડનું અસમાનતા (disproportionation) થઈને પોટેશિયમ $m$-ક્લોરોબેન્ઝોએટ અને $m$-ક્લોરોબેન્ઝાઈલ આલ્કોહોલ બને છે.

(C) આલ્ડોલ સંઘનન માટે આલ્ડિહાઈડ અથવા કીટોન અણુમાં ઓછામાં ઓછો એક $\alpha$-હાઈડ્રોજન પરમાણુ હોવો જરૂરી છે.
$1$. બેન્ઝાલ્ડિહાઈડ $(C_6H_5CHO)$ માં કોઈ $\alpha$-હાઈડ્રોજન નથી.
$2$. $2, 2-$ડાયમિથાઈલપ્રોપિયોનાલ્ડિહાઈડ $((CH_3)_3CCHO)$ માં કોઈ $\alpha$-હાઈડ્રોજન નથી.
$3$. એસીટાલ્ડિહાઈડ $(CH_3CHO)$ માં ત્રણ $\alpha$-હાઈડ્રોજન પરમાણુઓ છે.
$4$. ફોર્માલ્ડિહાઈડ $(HCHO)$ માં કોઈ $\alpha$-હાઈડ્રોજન નથી.
તેથી,માત્ર એસીટાલ્ડિહાઈડ બેઝ-ઉદ્દીપિત આલ્ડોલ સંઘનન પ્રક્રિયા આપી શકે છે.