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

(C) चूंकि दिया गया सल्फेट $ZnSO_4 \cdot 7H_2O$ के साथ समरूपी है,इसका सूत्र $MSO_4 \cdot 7H_2O$ होगा।
माना $M$ का परमाणु भार $m$ है।
$MSO_4 \cdot 7H_2O$ का आणविक भार $= m + 32 + (4 \times 16) + 7 \times (2 \times 1 + 16) = m + 222$.
$M$ का प्रतिशत $= \frac{m}{m + 222} \times 100 = 9.87$.
$100m = 9.87(m + 222)$.
$100m = 9.87m + 2191.14$.
$90.13m = 2191.14$.
$m = \frac{2191.14}{90.13} \approx 24.3$.

(D) $CuSO_4 \cdot 5H_2O$ का आणविक द्रव्यमान $63.5 + 32 + 64 + 90 = 249.5 \ g/mol$ है।
$6.022 \times 10^{23}$ अणुओं का भार $249.5 \ g$ है।
अतः,$1 \times 10^{22}$ अणुओं का भार:
$\text{भार} = \frac{249.5 \times 1 \times 10^{22}}{6.022 \times 10^{23}} \ g \approx 4.143 \ g$ है।
अतः सही विकल्प $D$ है।

(C) $HC\equiv C-CH=CH_2$ अणु में,दूसरे और तीसरे कार्बन के बीच एकल बंध में शामिल कार्बन परमाणुओं के संकरण का विश्लेषण करते हैं।
$1$. पहला कार्बन त्रि-बंध के कारण $sp$ संकरित है।
$2$. दूसरा कार्बन भी त्रि-बंध के कारण $sp$ संकरित है।
$3$. तीसरा कार्बन द्वि-बंध के कारण $sp^2$ संकरित है।
$4$. चौथा कार्बन द्वि-बंध के कारण $sp^2$ संकरित है।
$5$. प्रश्न में पूछा गया एकल बंध दूसरे कार्बन $(sp)$ और तीसरे कार्बन $(sp^2)$ के बीच है।
अतः,$C-C$ एकल बंध में कार्बन परमाणुओं का संकरण $sp-sp^2$ है।

(A) संरचनाएं इस प्रकार हैं:
$NO_2^+$: $[O=N=O]^+$
$NCO^-$: $[N \equiv C-O]^-$
$CS_2$: $S=C=S$
$CS_2$ में,केंद्रीय कार्बन परमाणु $sp$-संकरित है,जिसके परिणामस्वरूप इसकी ज्यामिति रैखिक होती है।
$NCO^-$ और $NO_2^+$ दोनों $CS_2$ के साथ आइसोइलेक्ट्रॉनिक हैं (प्रत्येक में $16$ संयोजी इलेक्ट्रॉन हैं),इसलिए वे भी रैखिक ज्यामिति प्रदर्शित करते हैं।

(C) $K_p$ और $K_c$ के बीच का संबंध समीकरण द्वारा दिया जाता है: $K_p = K_c(RT)^{\Delta n}$।
$K_p = K_c$ होने के लिए,$\Delta n$ का मान $0$ होना चाहिए।
$\Delta n$ गैसीय उत्पादों और गैसीय अभिकारकों के स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों के योग के बीच का अंतर है।
विकल्प $(C)$ के लिए: $H_{2_{(g)}} + Cl_{2_{(g)}} \rightleftharpoons 2HCl_{(g)}$,$\Delta n = 2 - (1 + 1) = 0$।
अतः,इस अभिक्रिया के लिए $K_p = K_c$ है।

(C) अभिक्रिया $PCl_{5(g)} \rightleftharpoons PCl_{3(g)} Cl_{2(g)}$ के लिए,गैसीय उत्पादों के मोलों की कुल संख्या $2$ है और अभिकारकों की $1$ है।
ली शातेलिए के सिद्धांत के अनुसार,ऐसी अभिक्रिया के लिए जहाँ गैसीय उत्पादों के मोलों की संख्या गैसीय अभिकारकों के मोलों की संख्या से अधिक हो $(\Delta n_g > 0)$:
$1$. स्थिर आयतन पर अक्रिय गैस मिलाने से अभिक्रियाशील प्रजातियों के आंशिक दाब में कोई परिवर्तन नहीं होता है,इसलिए साम्यावस्था अप्रभावित रहती है।
$2$. क्लोरीन गैस $(Cl_2)$ मिलाने से उत्पादों की सांद्रता बढ़ जाती है,जो साम्यावस्था को पश्च दिशा में विस्थापित करती है।
$3$. स्थिर दाब पर अक्रिय गैस मिलाने से पात्र का आयतन बढ़ जाता है। चूंकि उत्पादों के मोल अभिकारकों से अधिक हैं,इसलिए निकाय आयतन में वृद्धि का विरोध करने के लिए अधिक मोलों वाली दिशा की ओर विस्थापित होता है,जिससे अग्र अभिक्रिया अनुकूलित होती है।
$4$. पात्र का आयतन घटाने से कुल दाब बढ़ जाता है,जो साम्यावस्था को कम मोलों वाली दिशा (पश्च दिशा) की ओर विस्थापित करता है।

(A) एन्थैल्पी परिवर्तन $(\Delta H)$ और आंतरिक ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta U)$ के बीच संबंध: $\Delta H - \Delta U = \Delta n_g RT$ है।
अभिक्रिया $2C_6H_{6(l)} + 15O_{2(g)} \to 12CO_{2(g)} + 6H_2O_{(l)}$ के लिए,गैसीय प्रजातियों के मोलों की संख्या में परिवर्तन: $\Delta n_g = 12 - 15 = -3$ है।
यहाँ $T = 298\,K$ और $R = 8.314\,J\,K^{-1}\,mol^{-1}$ है।
मान रखने पर: $\Delta H - \Delta U = -3 \times 8.314 \times 298 = -7432.7\,J$।
$kJ$ में बदलने पर: $-7432.7\,J \approx -7.43\,kJ$।

(B) $BaO_2$ की तनु $H_2SO_4$ के साथ अभिक्रिया इस प्रकार है:
$BaO_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4 + H_2O_2$
उत्पादों में सबसे अधिक विद्युत ऋणात्मक तत्व ऑक्सीजन है।
$H_2O_2$ में,ऑक्सीजन पेरोक्साइड अवस्था में है,इसलिए इसकी ऑक्सीकरण अवस्था $-1$ है।
$BaSO_4$ में,ऑक्सीजन ऑक्साइड अवस्था में है,इसलिए इसकी ऑक्सीकरण अवस्था $-2$ है।
अतः,ऑक्सीकरण अवस्थाएँ $-1$ और $-2$ हैं।

(C) ऑक्सीकारक वह पदार्थ है जो अपचयित हो सकता है (इसकी ऑक्सीकरण अवस्था घटती है),और अपचायक वह पदार्थ है जो ऑक्सीकृत हो सकता है (इसकी ऑक्सीकरण अवस्था बढ़ती है)।
$Al_2O_3$ में,$Al$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+3$ है,जो इसकी अधिकतम संभव ऑक्सीकरण अवस्था है (समूह $13$)।
इसलिए,$Al$ का और अधिक ऑक्सीकरण नहीं हो सकता है,जिसका अर्थ है कि $Al_2O_3$ अपचायक के रूप में कार्य नहीं कर सकता है।
अन्य यौगिकों में,केंद्रीय परमाणु मध्यवर्ती ऑक्सीकरण अवस्था में है,जिससे वे ऑक्सीकारक और अपचायक दोनों के रूप में कार्य कर सकते हैं।

(B) विलयन की सांद्रता (Strength) ज्ञात करने का सूत्र: $\text{Strength} = \text{Normality} \times \text{Equivalent mass}$.
$H_2O_2$ का तुल्यांकी द्रव्यमान (Equivalent mass) = $\frac{\text{Molar mass}}{n\text{-factor}} = \frac{34}{2} = 17 \ g \ eq^{-1}$.
यहाँ,$\text{Normality} = 1.5 \ N$ और $\text{Volume} = 1 \ L$ दिया गया है।
$\text{Strength} = 1.5 \times 17 = 25.5 \ g \ L^{-1}$.
चूंकि आयतन $1 \ L$ है,इसलिए उपस्थित $H_2O_2$ की मात्रा $25.5 \ g$ होगी।

(A) $SO_2$ में $S$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+4$ है।
$S$ के लिए ऑक्सीकरण अवस्था की सीमा $-2$ से $+6$ तक है।
चूंकि $SO_2$ में $S$ की ऑक्सीकरण अवस्था $(+4)$ इसके न्यूनतम $(-2)$ और अधिकतम $(+6)$ ऑक्सीकरण अवस्थाओं के बीच स्थित है,इसलिए इसे $+6$ तक ऑक्सीकृत या $-2$ तक अपचयित किया जा सकता है।
अतः,$SO_2$ ऑक्सीकरण और अपचायक दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

(D) साइक्लोब्यूटाडाइनाइल एनायन $({C_4}{H_4})^{2-}$ में चार-सदस्यीय वलय होता है जिसमें दो द्वि-आबंध और कार्बन पर दो ऋण आवेश होते हैं।
प्रत्येक द्वि-आबंध $2$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन प्रदान करता है,जिससे कुल $4$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन होते हैं।
दो ऋण आवेश प्रत्येक $p$-कक्षक में इलेक्ट्रॉनों के एक एकाकी युग्म (lone pair) का प्रतिनिधित्व करते हैं,जो $\pi$ प्रणाली में भाग लेते हैं।
अतः,कुल $\pi$ इलेक्ट्रॉन $= 4 \text{ (द्वि-आबंध से)} + 2 \times 2 \text{ (ऋण आवेश से)} = 8$ $\pi$ इलेक्ट्रॉन।
इस प्रकार,सही विकल्प $D$ है।

(C) $CH_3CN$ (एसिटोनाइट्राइल) में,नाइट्रोजन परमाणु के पास इलेक्ट्रॉनों का एक एकाकी युग्म (lone pair) होता है,जो इसे न्यूक्लियोफाइल के रूप में कार्य करने की अनुमति देता है।
इसके अतिरिक्त,साइनो समूह $(-CN)$ का कार्बन परमाणु एक अत्यधिक विद्युत ऋणात्मक नाइट्रोजन परमाणु से जुड़ा होता है,जिससे कार्बन परमाणु इलेक्ट्रॉन-न्यून हो जाता है और न्यूक्लियोफिलिक हमले के प्रति संवेदनशील होता है,जिससे यह इलेक्ट्रोफाइल के रूप में कार्य कर सकता है।
इसलिए,$CH_3CN$ न्यूक्लियोफिलिक और इलेक्ट्रोफिलिक दोनों गुण प्रदर्शित करता है।

(B) बंध लंबाई कार्बन परमाणुओं के संकरण पर निर्भर करती है।
जैसे-जैसे $s$-लक्षण बढ़ता है,बंध लंबाई कम होती जाती है।
$C_2H_2$ ($sp$ संकरण,$1.20 \ \mathring{A}$) < $C_2H_4$ ($sp^2$ संकरण,$1.34 \ \mathring{A}$) < $C_6H_6$ (विस्थानीकृत $sp^2$ संकरण,$1.39 \ \mathring{A}$) < $C_2H_6$ ($sp^3$ संकरण,$1.54 \ \mathring{A}$)।
अतः,सही क्रम $C_2H_2 < C_2H_4 < C_6H_6 < C_2H_6$ है।

(C) समीकरण $NO_3^- + 4H^+ + x e^- \to 2H_2O + NO$ को संतुलित करने के लिए,हमें परमाणुओं और आवेश दोनों को संतुलित करना होगा।
$NO_3^-$ में,$N$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+5$ है।
$NO$ में,$N$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+2$ है।
ऑक्सीकरण अवस्था में परिवर्तन $5 - 2 = 3$ है।
इसलिए,$N^{+5}$ को $N^{+2}$ में अपचयित करने के लिए $3$ इलेक्ट्रॉनों की आवश्यकता होती है।
संतुलित समीकरण $NO_3^- + 4H^+ + 3e^- \to 2H_2O + NO$ है।

(D) दिए गए ऑक्सोएनायनों की संरचनाएँ इस प्रकार हैं:
$1$. $S_2O_3^{2-}$ (थायोसल्फेट): इसमें $S-S$ बंध होता है।
$2$. $S_2O_4^{2-}$ (डाइथायोनाइट): इसमें $S-S$ बंध होता है।
$3$. $S_2O_5^{2-}$ (पायरोसल्फाइट): इसमें $S-S$ बंध होता है।
$4$. $S_2O_7^{2-}$ (पायरोसल्फेट या डाइसल्फेट): इसकी संरचना $O_3S-O-SO_3^{2-}$ है,जिसमें $S-O-S$ लिंकेज होता है,न कि $S-S$ बंध।
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(D) . $S_2O_7^{2-}$ (पायरोसल्फेट आयन) में,दो सल्फर परमाणु एक ऑक्सीजन परमाणु के माध्यम से जुड़े होते हैं ($S-O-S$ लिंकेज)। इसमें कोई सीधा $S-S$ बंध नहीं होता है।
संरचनाएं इस प्रकार हैं:
$1$. $S_2O_4^{2-}$: $O_2S-SO_2^{2-}$ ($S-S$ बंध होता है)
$2$. $S_2O_5^{2-}$: $O_2S-SO_3^{2-}$ ($S-S$ बंध होता है)
$3$. $S_2O_3^{2-}$: $S-SO_3^{2-}$ ($S-S$ बंध होता है)
$4$. $S_2O_7^{2-}$: $O_3S-O-SO_3^{2-}$ ($S-O-S$ बंध होता है,$S-S$ बंध नहीं होता है)

(D) दिए गए यौगिकों के लिए तापीय अपघटन अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
$1$. $NH_4NO_2 \xrightarrow{\Delta} N_2 + 2H_2O$
$2$. $2NaN_3 \xrightarrow{\Delta} 2Na + 3N_2$
$3$. $(NH_4)_2Cr_2O_7 \xrightarrow{\Delta} N_2 + Cr_2O_3 + 4H_2O$
चूंकि ये तीनों यौगिक तापीय अपघटन पर $N_2$ गैस मुक्त करते हैं,इसलिए सही विकल्प $D$ है।

(B) क्षारीय मूलकों के गुणात्मक विश्लेषण में,$NH_4Cl$ और $NH_4OH$ (जलीय $NH_3$) का उपयोग समूह-$III$ के धनायनों के लिए समूह अभिकर्मक के रूप में किया जाता है।
$NH_4Cl$ सामान्य आयन प्रभाव के कारण $NH_4OH$ के वियोजन को कम कर देता है,जिससे $OH^-$ आयनों की सांद्रता कम हो जाती है।
$OH^-$ की यह कम सांद्रता $Al(OH)_3$,$Fe(OH)_3$,और $Cr(OH)_3$ के विलेयता गुणनफल $(K_{sp})$ से अधिक हो जाती है,जिससे वे अवक्षेपित हो जाते हैं।
अतः,$Al^{3+}$ इन अभिकर्मकों द्वारा अवक्षेपित होता है।

(C) $1$. $Ni(CO)_4$ में,$Ni$ की ऑक्सीकरण अवस्था $0$ है। विन्यास $[Ar] 3d^8 4s^2$ है। $CO$ एक प्रबल क्षेत्र लिगेंड है,जो $4s$ इलेक्ट्रॉनों को $3d$ कक्षकों में युग्मित करता है,जिसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है और कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता है। अतः यह प्रतिचुंबकीय है।
$2$. $[Ni(CN)_4]^{2-}$ में,$Ni$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+2$ है। विन्यास $[Ar] 3d^8$ है। $CN^-$ एक प्रबल क्षेत्र लिगेंड है,जो $3d$ कक्षकों में इलेक्ट्रॉनों का युग्मन करता है,जिसके परिणामस्वरूप $dsp^2$ संकरण होता है और कोई अयुग्मित इलेक्ट्रॉन नहीं बचता है। अतः यह प्रतिचुंबकीय है।
$3$. $[NiCl_4]^{2-}$ में,$Ni$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+2$ है। विन्यास $[Ar] 3d^8$ है। $Cl^-$ एक दुर्बल क्षेत्र लिगेंड है,इसलिए यह इलेक्ट्रॉनों का युग्मन नहीं करता है। इसके परिणामस्वरूप $sp^3$ संकरण होता है और $3d$ कक्षकों में दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉन बचते हैं। अतः यह अनुचुंबकीय है।
अतः,$Ni(CO)_4$ और $[Ni(CN)_4]^{2-}$ प्रतिचुंबकीय हैं,जबकि $[NiCl_4]^{2-}$ अनुचुंबकीय है।

(A) अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_2H_5Br + AgNO_2 \rightarrow C_2H_5NO_2 + AgBr$.
$AgNO_2$ एक सहसंयोजक यौगिक है जिसमें $Ag-O$ बंध उपस्थित होता है।
हालाँकि,नाभिकरागी प्रतिस्थापन (nucleophilic substitution) की प्रकृति के कारण,आक्रमण नाइट्रोजन परमाणु के माध्यम से होता है क्योंकि इस विशिष्ट सहसंयोजक वातावरण में $O$ परमाणु की तुलना में $N$ परमाणु अधिक नाभिकरागी (nucleophilic) होता है।
अतः,मुख्य उत्पाद के रूप में नाइट्रोएथेन $(C_2H_5NO_2)$ बनता है।

(A) $1-$क्लोरोब्यूटेन की अल्कोहलिक $KOH$ के साथ अभिक्रिया एक विहाइड्रोहैलोजनीकरण अभिक्रिया (विलोपन अभिक्रिया) है।
इस अभिक्रिया में,$\beta$-कार्बन से एक हाइड्रोजन परमाणु और $\alpha$-कार्बन से क्लोरीन परमाणु हट जाता है,जिसके परिणामस्वरूप एक एल्कीन का निर्माण होता है।
$CH_3CH_2CH_2CH_2-Cl + KOH(\text{alc.}) \to CH_3CH_2CH=CH_2 + KCl + H_2O$.
प्राप्त उत्पाद $1-$ब्यूटीन है।

(D) $m$-क्लोरोबेंज़ल्डिहाइड में $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु नहीं होता है। इसलिए,यह सांद्र $KOH$ की उपस्थिति में कैनिज़ारो अभिक्रिया देता है।
कैनिज़ारो अभिक्रिया में,एल्डिहाइड का एक अणु संबंधित कार्बोक्सिलिक एसिड लवण में ऑक्सीकृत हो जाता है और दूसरा अणु संबंधित अल्कोहल में अपचयित हो जाता है।
इस प्रकार,$m$-क्लोरोबेंज़ल्डिहाइड का असमानुपातन (disproportionation) होकर पोटेशियम $m$-क्लोरोबेंज़ोएट और $m$-क्लोरोबेंज़िल अल्कोहल प्राप्त होते हैं।

(C) एल्डोल संघनन के लिए एल्डिहाइड या कीटोन अणु में कम से कम एक $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु का होना आवश्यक है।
$1$. बेंज़ल्डिहाइड $(C_6H_5CHO)$ में कोई $\alpha$-हाइड्रोजन नहीं है।
$2$. $2, 2-$डाइमिथाइलप्रोपियोनाल्डिहाइड $((CH_3)_3CCHO)$ में कोई $\alpha$-हाइड्रोजन नहीं है।
$3$. एसिटाल्डिहाइड $(CH_3CHO)$ में तीन $\alpha$-हाइड्रोजन परमाणु होते हैं।
$4$. फॉर्मल्डिहाइड $(HCHO)$ में कोई $\alpha$-हाइड्रोजन नहीं है।
इसलिए,केवल एसिटाल्डिहाइड ही क्षार-उत्प्रेरित एल्डोल संघनन अभिक्रिया दे सकता है।