IIT JEE 2014 Chemistry Question Paper with Answer and Solution in Hindi

(C) मान लीजिए $R$ वृत्ताकार पथ की त्रिज्या है और $\theta$ किसी भी क्षण मनके द्वारा ऊर्ध्वाधर के साथ बनाया गया कोण है।
ऊर्जा संरक्षण के नियम के अनुसार,मनके द्वारा प्राप्त गतिज ऊर्जा स्थितिज ऊर्जा में हुई कमी के बराबर होती है:
$\frac{1}{2}mv^2 = mgR(1 - \cos \theta)$
$v^2 = 2gR(1 - \cos \theta)$
मनके पर कार्य करने वाले बल गुरुत्वाकर्षण $(mg)$ और तार द्वारा लगाया गया अभिलंब बल $(N)$ हैं। शुद्ध बल का त्रिज्यीय घटक अभिकेंद्र त्वरण प्रदान करता है:
$mg \cos \theta - N = \frac{mv^2}{R}$
$N = mg \cos \theta - \frac{mv^2}{R}$
$v^2$ का मान रखने पर:
$N = mg \cos \theta - \frac{m(2gR(1 - \cos \theta))}{R}$
$N = mg \cos \theta - 2mg + 2mg \cos \theta$
$N = mg(3 \cos \theta - 2)$
जब $\theta$ छोटा होता है ($A$ के पास),तो $\cos \theta$ का मान $1$ के करीब होता है,इसलिए $N = mg(3(1) - 2) = mg$,जो धनात्मक है। धनात्मक अभिलंब बल का अर्थ है कि मनका तार को त्रिज्यीय रूप से बाहर की ओर धकेलता है,इसलिए तार मनके पर त्रिज्यीय रूप से अंदर की ओर बल लगाता है। न्यूटन के तीसरे नियम के अनुसार,मनका तार पर त्रिज्यीय रूप से बाहर की ओर बल लगाता है।
जैसे-जैसे $\theta$ बढ़ता है,$N$ घटता जाता है। जब $\cos \theta < 2/3$ होता है (अर्थात,$\theta > \arccos(2/3) \approx 48.2^\circ$),तो $N$ ऋणात्मक हो जाता है। ऋणात्मक अभिलंब बल का अर्थ है कि मनका तार द्वारा अंदर की ओर खींचा जाता है,इसलिए मनका तार पर त्रिज्यीय रूप से अंदर की ओर बल लगाता है।
इस प्रकार,मनका तार पर शुरुआत में त्रिज्यीय रूप से बाहर की ओर और बाद में त्रिज्यीय रूप से अंदर की ओर बल लगाता है।

(B) संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$6I^{-} + ClO_{3}^{-} + 6H_{2}SO_{4} \longrightarrow Cl^{-} + 6HSO_{4}^{-} + 3I_{2} + 3H_{2}O$
$1$. $HSO_{4}^{-}$ का रससमीकरणमितीय गुणांक $6$ है। (कथन $A$ सही है)
$2$. $I$ की ऑक्सीकरण अवस्था $-1$ से $0$ में बदलती है,अतः $I^{-}$ का ऑक्सीकरण होता है। (कथन $B$ सही है)
$3$. $H_{2}SO_{4}$ में $S$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+6$ है और $HSO_{4}^{-}$ में भी $+6$ है। अतः,सल्फर का अपचयन नहीं होता है। (कथन $C$ गलत है)
$4$. $H_{2}O$ एक उत्पाद के रूप में बनता है। (कथन $D$ सही है)
अतः,सही कथन $A, B, D$ हैं।

(D) . $NH_3$ की अधिकता में $Na$ विलायती इलेक्ट्रॉन (solvated electrons) बनाता है,जो अनुचुंबकीय होते हैं।
$B$. $K + O_2$ (अधिकता) $\rightarrow KO_2$। सुपरऑक्साइड आयन $O_2^-$ में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है,जो इसे अनुचुंबकीय बनाता है।
$C$. $Cu +$ तनु $HNO_3 \rightarrow Cu(NO_3)_2 + NO + H_2O$। $NO$ (नाइट्रिक ऑक्साइड) में अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होने के कारण यह अनुचुंबकीय है।
$D$. $O_2 + 2-ethylanthraquinol \rightarrow 2-ethylanthraquinone + H_2O_2$। $H_2O_2$ प्रतिचुंबकीय (diamagnetic) है।
अतः,अनुचुंबकीय स्पीशीज उत्पन्न करने वाले अभिकर्मक $A, B,$ और $C$ हैं।

(C) $H$-बंधन के कारण खुली क्रिस्टल संरचना होने से बर्फ का घनत्व पानी से कम होता है।
जलीय घोल में $1^{\circ}$ एमाइन की क्षारीयता $3^{\circ}$ एमाइन से अधिक होती है क्योंकि प्रोटोनेशन के बाद बनने वाला संयुग्मी अम्ल $(R-NH_3^+)$ $H_2O$ अणुओं के साथ $H$-बंधन (सॉल्वेशन) द्वारा स्थिर हो जाता है। तृतीयक एमाइन में,त्रिविम बाधा (steric hindrance) के कारण यह स्थिरीकरण बहुत कम होता है।
बेंजीन में एसिटिक एसिड का द्विलकीकरण अंतर-आणविक $H$-बंधन के कारण होता है,जो एक चक्रीय द्विलक बनाता है।
फॉर्मिक एसिड,एसिटिक एसिड से अधिक अम्लीय होता है क्योंकि एसिटिक एसिड में मौजूद मिथाइल समूह का इलेक्ट्रॉन-दाता प्रेरणिक प्रभाव ($+I$ प्रभाव) कार्बोक्सिलेट आयन को अस्थिर करता है। यह घटना मुख्य रूप से $H$-बंधन के कारण नहीं है।
अतः,$H$-बंधन से जुड़ी घटनाएं $(A)$,$(B)$ और $(D)$ हैं।
इसलिए,सही विकल्प $(A, B, D)$ है।

(A) चूंकि पात्र ऊष्मीय रूप से इन्सुलेटेड है,इसलिए ऊष्मा विनिमय $q = 0$ है।
चूंकि गैस शून्य बाहरी दबाव $(P_{ex} = 0)$ के विरुद्ध विस्तारित होती है,इसलिए किया गया कार्य $w = -P_{ex} \Delta V = 0$ है।
ऊष्मागतिकी के प्रथम नियम के अनुसार,$\Delta U = q + w = 0 + 0 = 0$ है।
एक आदर्श गैस के लिए,आंतरिक ऊर्जा $U$ केवल तापमान का फलन है,इसलिए $\Delta U = 0$ का अर्थ है $\Delta T = 0$,जिसका अर्थ है $T_2 = T_1$।
आदर्श गैस समीकरण $PV = nRT$ का उपयोग करते हुए,चूंकि $n, R,$ और $T$ स्थिर हैं,इसलिए $P_1 V_1 = P_2 V_2$ प्राप्त होता है।
यह प्रक्रिया एक रुद्धोष्म अपरिवर्तनीय विस्तार (मुक्त विस्तार) है,इसलिए संबंध $P_2 V_2^\gamma = P_1 V_1^\gamma$ लागू नहीं होता है।
अतः,कथन $(A), (B),$ और $(C)$ सही हैं।

(A) $H_3BO_3$ स्व-आयनन नहीं करता है। यह पानी से $OH^-$ आयन स्वीकार करके और $H^+$ आयन मुक्त करके पानी में एक कमजोर एसिड के रूप में कार्य करता है,इसलिए यह एक कमजोर इलेक्ट्रोलाइट है।
$H_3BO_3 + H_2O \rightarrow [B(OH)_4]^- + H^+$
एथिलीन ग्लाइकॉल जैसे cis-डायोल मिलाने पर,वे बोरेट आयन के साथ स्थिर कीलेटेड कॉम्प्लेक्स बनाते हैं,जो संतुलन को दाईं ओर स्थानांतरित करता है,जिससे अम्लता बढ़ जाती है।
$ [B(OH)_4]^- + 2 \text{ ethylene glycol} \rightarrow [B(\text{glycol})_2]^- + 4H_2O $
ऑर्थोबोरिक एसिड में समतलीय $BO_3^{3-}$ इकाइयों के बीच अंतर-आणविक हाइड्रोजन बॉन्डिंग के कारण इसकी संरचना स्तरित,द्वि-आयामी होती है। इसलिए,कथन $(C)$ गलत है।

(C) $n=4$ के लिए,संभावित उपकोष $4s, 4p, 4d, 4f$ हैं।
शर्त $|m_{\ell}|=1$ का अर्थ है $m_{\ell} = +1$ या $m_{\ell} = -1$।
- $4p$ उपकोष में $(\ell=1)$: $m_{\ell} = -1, 0, +1$। $|m_{\ell}|=1$ वाले कक्षक $m_{\ell} = -1$ और $m_{\ell} = +1$ ($2$ कक्षक) हैं।
- $4d$ उपकोष में $(\ell=2)$: $m_{\ell} = -2, -1, 0, +1, +2$। $|m_{\ell}|=1$ वाले कक्षक $m_{\ell} = -1$ और $m_{\ell} = +1$ ($2$ कक्षक) हैं।
- $4f$ उपकोष में $(\ell=3)$: $m_{\ell} = -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3$। $|m_{\ell}|=1$ वाले कक्षक $m_{\ell} = -1$ और $m_{\ell} = +1$ ($2$ कक्षक) हैं।
$|m_{\ell}|=1$ वाले कक्षकों की कुल संख्या $2+2+2 = 6$ है। चूंकि प्रत्येक कक्षक $m_s=-1/2$ वाले एक इलेक्ट्रॉन को धारण कर सकता है,इसलिए इलेक्ट्रॉनों की कुल संख्या $6$ है।

(D) सार्वत्रिक गैस स्थिरांक $R$,बोल्ट्ज़मैन स्थिरांक $k$ और आवोगाद्रो संख्या $N_A$ से इस सूत्र द्वारा संबंधित है: $R = k \times N_A$.
दिए गए मान हैं:
$N_A = 6.023 \times 10^{23} \ mol^{-1}$ (जिसमें $4$ सार्थक अंक हैं)।
$k = 1.380 \times 10^{-23} \ J \ K^{-1}$ (जिसमें $4$ सार्थक अंक हैं)।
सार्थक अंकों के नियमों के अनुसार,जब दो संख्याओं का गुणा किया जाता है,तो परिणाम में सार्थक अंकों की संख्या उतनी ही होनी चाहिए जितनी उस संख्या में है जिसमें सबसे कम सार्थक अंक हैं।
चूंकि दोनों मानों में $4$ सार्थक अंक हैं,इसलिए $R$ के परिकलित मान में भी $4$ सार्थक अंक होंगे।

(C) $I^-$ का $I_2$ में ऑक्सीकरण अम्लीकृत $K_2Cr_2O_7$,$CuSO_4$,$H_2O_2$,$Cl_2$,$O_3$,$FeCl_3$ और $HNO_3$ द्वारा किया जा सकता है।
$K_2Cr_2O_7 + 6KI + 7H_2SO_4 \longrightarrow 4K_2SO_4 + Cr_2(SO_4)_3 + 3I_2 + 7H_2O$
$2CuSO_4 + 4KI \longrightarrow 2CuI + I_2 + 2K_2SO_4$
$H_2O_2 + 2KI \longrightarrow 2KOH + I_2$
$2KI + Cl_2 \longrightarrow 2KCl + I_2$
$H_2O + 2KI + O_3 \longrightarrow 2KOH + O_2 + I_2$
$2FeCl_3 + 2KI \longrightarrow 2KCl + 2FeCl_2 + I_2$
$2HNO_3 + 2KI \longrightarrow 2KNO_3 + I_2 + 2NO_2 + 2H_2O$
$Na_2S_2O_3$ और क्षारीय $KMnO_4$ इन परिस्थितियों में $I^-$ को $I_2$ में ऑक्सीकृत नहीं करते हैं।
अतः,अभिकर्मकों की कुल संख्या $7$ है।

(C) दिया गया यौगिक $2,3$-डाइब्रोमो-$2,3$-डाइक्लोरोब्यूटेन है।
स्थिर संरूपणों को खोजने के लिए,हम एक कार्बन परमाणु को दूसरे के सापेक्ष घुमाकर न्यूमैन प्रोजेक्शन खींचते हैं।
इस अणु के लिए तीन स्टैगर्ड (staggered) संरूपण मौजूद हैं।
एक स्टैगर्ड संरूपण में,द्विध्रुव आघूर्ण $\mu$ गैर-शून्य होता है यदि अणु में व्युत्क्रमण का केंद्र (center of inversion) या सममिति का तल (plane of symmetry) नहीं होता है जो व्यक्तिगत बंध द्विध्रुवों को रद्द कर सके।
इस विशिष्ट अणु के लिए,तीनों स्टैगर्ड संरूपणों में गैर-शून्य द्विध्रुव आघूर्ण $(\mu \neq 0)$ होता है क्योंकि दो कार्बन परमाणुओं पर प्रतिस्थापी इस तरह से व्यवस्थित नहीं होते हैं कि वे किसी भी स्टैगर्ड रूप में द्विध्रुव आघूर्ण को पूरी तरह से रद्द कर सकें।
इसलिए,गैर-शून्य द्विध्रुव आघूर्ण वाले स्थिर संरूपणों की कुल संख्या $3$ है।

(C) यदि $2s-2p$ मिश्रण प्रभावी नहीं है,तो आणविक कक्षकों का ऊर्जा क्रम है: $\sigma 1s < \sigma^* 1s < \sigma 2s < \sigma^* 2s < \sigma 2p_z < \pi 2p_x = \pi 2p_y < \pi^* 2p_x = \pi^* 2p_y < \sigma^* 2p_z$.
इलेक्ट्रॉनिक विन्यास:
$Be_2$ ($8$ इलेक्ट्रॉन): $(\sigma 1s)^2, (\sigma^* 1s)^2, (\sigma 2s)^2, (\sigma^* 2s)^2$ (प्रतिचुंबकीय).
$B_2$ ($10$ इलेक्ट्रॉन): $(\sigma 1s)^2, (\sigma^* 1s)^2, (\sigma 2s)^2, (\sigma^* 2s)^2, (\sigma 2p_z)^2$ (प्रतिचुंबकीय).
$C_2$ ($12$ इलेक्ट्रॉन): $(\sigma 1s)^2, (\sigma^* 1s)^2, (\sigma 2s)^2, (\sigma^* 2s)^2, (\sigma 2p_z)^2, (\pi 2p_x)^1, (\pi 2p_y)^1$ (दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों के कारण अनुचुंबकीय).
$N_2$ ($14$ इलेक्ट्रॉन): $(\sigma 1s)^2, (\sigma^* 1s)^2, (\sigma 2s)^2, (\sigma^* 2s)^2, (\sigma 2p_z)^2, (\pi 2p_x)^2, (\pi 2p_y)^2$ (प्रतिचुंबकीय).

(B) $T = 100^{\circ} C$ और $1 \ atm$ पर,$H_2O(\ell) \rightarrow H_2O_{(g)}$ प्रक्रिया साम्यावस्था में है।
अवस्था परिवर्तन के लिए,निकाय की एन्ट्रापी बढ़ती है क्योंकि द्रव गैस में परिवर्तित होता है,इसलिए $\Delta S_{\text{system}} > 0$ है।
चूंकि प्रक्रिया साम्यावस्था में है,$\Delta G = 0$,जिसका अर्थ है $\Delta H = T \Delta S_{\text{system}}$।
वाष्पीकरण एक ऊष्माशोषी प्रक्रिया है,इसलिए $\Delta H > 0$,जिसका अर्थ है कि निकाय परिवेश से ऊष्मा अवशोषित करता है।
इसलिए,परिवेश ऊष्मा खो देता है,जिससे $q_{\text{surr}} < 0$ होता है,जो $\Delta S_{\text{surroundings}} = \frac{q_{\text{surr}}}{T} < 0$ की ओर ले जाता है।

(B) एल्केन का क्वथनांक अणु के सतही क्षेत्रफल पर निर्भर करता है।
जैसे-जैसे शाखाओं (branching) की मात्रा बढ़ती है,अणु का सतही क्षेत्रफल कम हो जाता है,जिससे अणुओं के बीच वैन डेर वाल्स आकर्षण बल कमजोर हो जाता है।
परिणामस्वरूप,शाखाएं बढ़ने के साथ क्वथनांक कम हो जाता है।
दिए गए संरचनाओं में:
$III$ $n$-हेक्सेन है (सीधी श्रृंखला,कोई शाखा नहीं)।
$II$ एक शाखा वाले आइसोमर्स को दर्शाता है (जैसे,$2$-मिथाइलपेंटेन या $3$-मिथाइलपेंटेन)।
$I$ दो शाखाओं वाले आइसोमर्स को दर्शाता है (जैसे,$2,3$-डाइमिथाइल ब्यूटेन या $2,2$-डाइमिथाइल ब्यूटेन)।
अतः,क्वथनांक का सही क्रम $III > II > I$ है।

(A) $KIO_4$ के साथ अभिक्रिया में: $KIO_4 + H_2O_2 \rightarrow KIO_3 + H_2O + O_2$. यहाँ,$KIO_4$ में $I$ की ऑक्सीकरण अवस्था $+7$ है और $KIO_3$ में $+5$ है। चूँकि $I$ का अपचयन होता है,इसलिए $H_2O_2$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।
$NH_2OH$ के साथ अभिक्रिया में: $2NH_2OH + H_2O_2 \rightarrow N_2 + 4H_2O$. यहाँ,$NH_2OH$ में $N$ की ऑक्सीकरण अवस्था $-1$ है और $N_2$ में $0$ है। चूँकि $N$ का ऑक्सीकरण होता है,इसलिए $H_2O_2$ एक ऑक्सीकारक के रूप में कार्य करता है।

(D) इस अभिक्रिया में ग्रिग्नार्ड अभिकर्मक $(CH_3MgBr)$ का $5$-क्लोरोपेंटेन-$2$-ओन के कार्बोनिल कार्बन पर नाभिकरागी आक्रमण होता है।
यह एक एल्कोक्साइड मध्यवर्ती बनाता है: $Cl-(CH_2)_3-C(CH_3)_2-O^-$.
चूंकि अणु में नाभिकरागी एल्कोक्साइड समूह और इलेक्ट्रोफिलिक एल्काइल क्लोराइड समूह दोनों मौजूद हैं,जो पांच-सदस्यीय वलय बनाने के लिए उपयुक्त दूरी पर हैं,इसलिए अंतःआणविक नाभिकरागी प्रतिस्थापन $(S_N2)$ होता है।
ऑक्सीजन परमाणु क्लोरीन से जुड़े कार्बन पर आक्रमण करता है और क्लोराइड आयन $(Cl^-)$ को विस्थापित करके $2,2$-डाइमिथाइलटेट्राहाइड्रोफ्यूरान बनाता है।

(A) $1.$ ग्राहम के नियम के अनुसार,यदि सभी स्थितियाँ समान हैं,तो $r \propto \frac{1}{\sqrt{M}}$.
चूंकि $X$ और $Y$ के लिए सभी स्थितियाँ समान हैं,इसलिए $\frac{r_x}{r_y} = \sqrt{\frac{M_y}{M_x}}$.
$\frac{d}{24-d} = \sqrt{\frac{40}{10}} = 2$.
$d = 48 - 2d \implies 3d = 48 \implies d = 16 \ cm$.
$2.$ माध्य मुक्त पथ $\lambda = \frac{RT}{\sqrt{2} \pi d^2 N_A P}$ है।
$d$ और $P$ समान होने के कारण,$\lambda$ समान है। $X$ का मोलर द्रव्यमान कम होने के कारण इसकी औसत गति अधिक है,जिससे यह अक्रिय गैस के साथ अधिक टक्कर आवृत्ति का अनुभव करता है। परिणामस्वरूप,$X$ अधिक प्रतिरोध का सामना करता है और ग्राहम के नियम द्वारा अनुमानित दूरी से कम दूरी तय करता है।

(C) $1.$ योजना $1$ में,$HO-CH_2-CH_2-C \equiv CH$,$NaNH_2$ के साथ अभिक्रिया करके एल्कोक्साइड-एसिटाइलाइड डायन बनाता है। इसके बाद $CH_3CH_2I$ के साथ अभिक्रिया टर्मिनल एल्काइन का एल्काइलेशन करती है और $CH_3I$ हाइड्रॉक्सिल समूह का मिथाइलेशन करता है। अंत में,लिंडलर उत्प्रेरक के साथ $H_2$,एल्काइन का सिस-एल्कीन में हाइड्रोजनीकरण करता है,जिससे $X$ के रूप में $(Z)-1-methoxyhex-3-ene$ प्राप्त होता है।
$2.$ योजना $2$ में,$CH_3CH_2-C \equiv CH$,$NaNH_2$ के साथ अभिक्रिया करके एसिटाइलाइड बनाता है,जो $2-bromopropan-1-ol$ के साथ अभिक्रिया करता है। अम्लीय वर्कअप,हाइड्रोजनीकरण और $CrO_3$ के साथ ऑक्सीकरण के बाद,उत्पाद $Y$,$heptan-2-one$ $(CH_3-CO-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3)$ है।
$Y$ $(heptan-2-one)$ में मिथाइल कीटोन समूह होता है,इसलिए यह धनात्मक आयोडोफॉर्म परीक्षण देता है। $X$ एक ईथर है,जबकि $Y$ एक कीटोन है; वे क्रियात्मक समावयवी हैं। अतः,सही विकल्प $1 \rightarrow B$ और $2 \rightarrow C$ हैं।

(C) ऑर्बिटल ओवरलैप आरेखों के आधार पर:
$P$: दो $d$-ऑर्बिटल्स समान चरण में अक्षीय रूप से ओवरलैप करते हैं,जिससे $d-d$ $\sigma$ बॉन्डिंग प्राप्त होती है $(P-2)$।
$Q$: एक $p$-ऑर्बिटल और एक $d$-ऑर्बिटल समान चरण में पार्श्व रूप से ओवरलैप करते हैं,जिससे $p-d$ $\pi$ बॉन्डिंग प्राप्त होती है $(Q-3)$।
$R$: एक $p$-ऑर्बिटल और एक $d$-ऑर्बिटल विपरीत चरण में पार्श्व रूप से ओवरलैप करते हैं,जिससे $p-d$ $\pi$ एंटीबॉन्डिंग प्राप्त होती है $(R-1)$।
$S$: दो $d$-ऑर्बिटल्स विपरीत चरण में अक्षीय रूप से ओवरलैप करते हैं,जिससे $d-d$ $\sigma$ एंटीबॉन्डिंग प्राप्त होती है $(S-4)$।
अतः,सही मिलान $P-2, Q-3, R-1, S-4$ है।

(A) पेरोक्सीएस्टर का तापीय अपघटन बनने वाले रेडिकल्स की स्थिरता और एल्कोक्सी रेडिकल $(R'O^{\bullet})$ की $\beta$-विखंडन ($\beta$-scission) करने की क्षमता पर निर्भर करता है।
$1$. $C_6H_5CH_2CO_3CH_3$: $C_6H_5CH_2^{\bullet}$ रेडिकल स्थिर है। $CH_3O^{\bullet}$ रेडिकल $\beta$-विखंडन नहीं कर सकता है। अतः,यह मार्ग $P$ का अनुसरण करता है।
$2$. $C_6H_5CO_3CH_3$: $C_6H_5CO_2^{\bullet}$ रेडिकल अपेक्षाकृत स्थिर है। $CH_3O^{\bullet}$ रेडिकल $\beta$-विखंडन नहीं कर सकता है। अतः,यह मार्ग $S$ का अनुसरण करता है।
$3$. $C_6H_5CH_2CO_3C(CH_3)_2CH_2C_6H_5$: $C_6H_5CH_2^{\bullet}$ रेडिकल स्थिर है। एल्कोक्सी रेडिकल कार्बोनिल यौगिक बनाने के लिए $\beta$-विखंडन कर सकता है। अतः,यह मार्ग $Q$ का अनुसरण करता है।
$4$. $C_6H_5CO_3C(CH_3)_2C_6H_5$: $C_6H_5CO_2^{\bullet}$ रेडिकल अपेक्षाकृत स्थिर है। एल्कोक्सी रेडिकल कार्बोनिल यौगिक बनाने के लिए $\beta$-विखंडन कर सकता है। अतः,यह मार्ग $R$ का अनुसरण करता है।
मिलान: $P-1, Q-3, R-4, S-2$. सही विकल्प $A$ है।

(C) सही मिलान इस प्रकार है:
$P$ (एसिटिलीन) बेंजीन में चक्रीकरण से गुजरता है,जिसके बाद नाइट्रीकरण,अपचयन,डायज़ोटाइजेशन और जल-अपघटन द्वारा $C_6H_5NO_3$ प्राप्त होता है (योजना $III$)।
$Q$ (रिसोरिसिनोल) सल्फोनीकरण,नाइट्रीकरण और डीसल्फोनीकरण से गुजरकर $C_6H_5NO_4$ देता है (योजना $IV$)।
$R$ (नाइट्रोबेंजीन) अपचयन,एसिटिलीकरण,सल्फोनीकरण,नाइट्रीकरण,डीसल्फोनीकरण और जल-अपघटन से गुजरकर $C_6H_6N_2O_2$ देता है (योजना $II$)।
$S$ ($p$-नाइट्रोटोल्यूइन) मिथाइल समूह के ऑक्सीकरण द्वारा कार्बोक्सिलिक एसिड में परिवर्तित होता है,फिर एसिड क्लोराइड और अंत में एमाइड में बदलकर $C_7H_6N_2O_3$ देता है (योजना $I$)।
अतः,सही क्रम $P$ $\rightarrow 3, Q$ $\rightarrow 4, R$ $\rightarrow 2, S$ $\rightarrow 1$ है। इसलिए,सही विकल्प $(C)$ है।

(A) प्रारंभिक पदार्थ में एक प्राथमिक एलिफैटिक एमाइन $(-CH_2NH_2)$ और एक प्राथमिक एमाइड $(-CONH_2)$ समूह दोनों मौजूद हैं।
एलिफैटिक एमाइन,एमाइड की तुलना में अधिक न्यूक्लियोफिलिक और क्षारीय होते हैं क्योंकि एमाइड के नाइट्रोजन पर मौजूद लोन पेयर का कार्बोनिल समूह के साथ अनुनाद (resonance) होता है।
इसलिए,एसिटिक एनहाइड्राइड (एक एसिलेटिंग एजेंट) के साथ अभिक्रिया अधिक न्यूक्लियोफिलिक $-CH_2NH_2$ समूह पर चयनात्मक रूप से होगी और एमाइड बनाएगी।
प्राथमिक एमाइड समूह $(-CONH_2)$ इन परिस्थितियों में एसिलेशन के प्रति बहुत कम सक्रिय होता है,इसलिए मुख्य उत्पाद एलिफैटिक एमाइन का $N$-एसिटिलेटेड व्युत्पन्न है।

(A) लवण सेतु का उपयोग दो अर्ध-सेलों में विद्युत तटस्थता बनाए रखने और विद्युत परिपथ को पूरा करने के लिए किया जाता है।
यह इलेक्ट्रोड पर होने वाली रासायनिक अभिक्रिया में भाग नहीं लेता है।
यह आवेश संतुलन बनाए रखने के लिए आयनों के प्रवाह की अनुमति देता है लेकिन आयनों के विसरण को पूरी तरह से नहीं रोकता है।
यह सेल अभिक्रिया के होने के लिए पूरी तरह से आवश्यक नहीं है,क्योंकि कुछ सेल डिज़ाइन (जैसे कुछ प्रकार की बैटरियां) बिना लवण सेतु के भी कार्य करते हैं,जिसमें इलेक्ट्रोलाइट्स को अलग रखने के लिए छिद्रयुक्त झिल्ली या अन्य विधियों का उपयोग किया जाता है।

(D) स्व-अपचयन (self-reduction) प्रक्रिया का उपयोग कॉपर के सल्फाइड अयस्कों से कॉपर प्राप्त करने के लिए किया जाता है।
$1. \ Cu_2S + 2 Cu_2O \longrightarrow 6 Cu + SO_2$
$2. \ Cu_2S + 2 CuO \longrightarrow 4 Cu + SO_2$
$3. \ Cu_2S + CuSO_4 \longrightarrow 3 Cu + 2 SO_2$
$CuFeS_2$ (चाल्कोपाइराइट) एक अयस्क है जिसे भर्जन (roasting) और प्रगलन (smelting) की आवश्यकता होती है,लेकिन यह $CuO$,$Cu_2O$ या $CuSO_4$ की तरह $Cu_2S$ के साथ सीधे गर्म करने पर कॉपर धातु नहीं देता है। अतः,सही उत्तर $(B, C, D)$ है।

(A) $-OH$ समूह अपने शक्तिशाली $+M$ प्रभाव के कारण दृढ़ता से सक्रिय करने वाला और $o, p$-निर्देशकारी है।
$1$. tert-butyl समूह $(-C(CH_3)_3)$ एक बड़ा समूह है,जो इसके सापेक्ष ऑर्थो स्थिति $(B)$ पर महत्वपूर्ण त्रिविम बाधा (steric hindrance) पैदा करता है।
$2$. हैलोजन इलेक्ट्रोफाइल $(X^{\oplus})$ का आकार $Cl^{\oplus} < Br^{\oplus} < I^{\oplus}$ के क्रम में बढ़ता है।
$3$. $I_2$ के साथ,इलेक्ट्रोफाइल बहुत बड़ा होता है,इसलिए यह केवल सबसे कम बाधा वाली स्थिति $(A)$ पर प्रतिस्थापित होता है।
$4$. $Br_2$ के साथ,इलेक्ट्रोफाइल छोटा होता है,जो $A$ और $C$ पर प्रतिस्थापन की अनुमति देता है।
$5$. $Cl_2$ के साथ,इलेक्ट्रोफाइल सबसे छोटा होता है,जो तीनों स्थितियों $(A, B, C)$ पर प्रतिस्थापन की अनुमति देता है।
इस प्रकार,पैटर्न को हैलोजन के त्रिविम प्रभाव $(A)$,tert-butyl समूह के त्रिविम प्रभाव $(B)$,और फेनोलिक समूह के इलेक्ट्रॉनिक प्रभाव $(C)$ द्वारा समझाया जा सकता है। सही विकल्प $A, B, C$ है।

(B) आणविक सूत्र $C_4H_{10}O$ कई आइसोमेरिक अल्कोहल के लिए है:
$A$. tert-butanol,$2$-methylpropan$-2$-ol का सामान्य नाम है। यह एक सही युग्म है।
$B$. tert-butanol,$2$-methylpropan$-2$-ol है,न कि $1,1$-dimethylethan$-1$-ol। $1,1$-dimethylethan$-1$-ol इस संरचना के लिए गलत $IUPAC$ नाम है। अतः,यह युग्म गलत है।
$C$. $n$-butanol,butan$-1$-ol का सामान्य नाम है। यह एक सही युग्म है।
$D$. isobutyl alcohol,$2$-methylpropan$-1$-ol का सामान्य नाम है। यह एक सही युग्म है।
अतः,सही संयोजन $A$,$C$,और $D$ हैं।

(A) दिए गए पेप्टाइड का पूर्ण अम्लीय जल-अपघटन सभी एमाइड बंधों को तोड़ देता है।
पेप्टाइड संरचना में निम्नलिखित अमीनो एसिड अवशेष होते हैं:
$1$. ग्लाइसिन $(NH_2-CH_2-COOH)$
$2$. साइक्लोप्रोपाइलएलानिन (एक अप्राकृतिक अमीनो एसिड)
$3$. टर्ट-ल्यूसीन (एक अप्राकृतिक अमीनो एसिड)
इनमें से,केवल ग्लाइसिन ही प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला अमीनो एसिड है।
अतः,प्राप्त विशिष्ट प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले अमीनो एसिड की कुल संख्या $1$ है।

(C) दिया गया है: मोलरता $(M)$ = $3.2 \ mol \ L^{-1}$.
$1 \ L$ विलयन पर विचार करें।
विलेय के मोल $(n)$ = $3.2 \ mol$.
विलेय का द्रव्यमान = $n \times \text{मोलर द्रव्यमान} = 3.2 \ mol \times 80 \ g \ mol^{-1} = 256 \ g$.
विलायक का द्रव्यमान = $\text{घनत्व} \times \text{आयतन} = 0.4 \ g \ mL^{-1} \times 1000 \ mL = 400 \ g = 0.4 \ kg$.
मोललता $(m)$ = $\frac{\text{विलेय के मोल}}{\text{विलायक का द्रव्यमान (kg में)}} = \frac{3.2 \ mol}{0.4 \ kg} = 8 \ m$.

(B) वियोजन अभिक्रिया है: $MX_{2} \rightleftharpoons M^{2+} + 2X^{-}$.
प्रारंभ में,सांद्रता $C$ मान लें। साम्यावस्था पर सांद्रता: $[MX_{2}] = C(1-\alpha)$,$[M^{2+}] = C\alpha$,और $[X^{-}] = 2C\alpha$ होगी।
कुल कणों की संख्या (वांट हॉफ गुणांक $i$) इस प्रकार दी जाती है: $i = 1 - \alpha + n\alpha$,जहाँ $n$ प्रति सूत्र इकाई उत्पन्न आयनों की संख्या है।
$MX_{2}$ के लिए,$n = 3$ ($1$ $M^{2+}$ और $2$ $X^{-}$ आयन)।
$\alpha = 0.5$ दिया गया है,इसलिए: $i = 1 + (3-1)\alpha = 1 + 2(0.5) = 1 + 1 = 2$.
हिमांक में प्रेक्षित अवनमन और सैद्धांतिक अवनमन (वियोजन की अनुपस्थिति में) का अनुपात वांट हॉफ गुणांक $i$ के बराबर होता है।
अतः,अनुपात $2$ है।

(C) $PbS$,$CuS$,$HgS$,$Ag_2S$,$NiS$,$CoS$,और $Bi_2S_3$ सल्फाइड काले रंग के होते हैं।
$MnS$ बफ (हल्के पीले) रंग का होता है।
$SnS_2$ पीले रंग का होता है।
अतः,काले रंग के सल्फाइडों की कुल संख्या $7$ है।

(D) कीटोन का आणविक सूत्र $C_nH_{2n}O$ है। $MW = 100$ दिया गया है,इसलिए $12n + 2n + 16 = 100$,जिससे $14n = 84$ प्राप्त होता है,अतः $n = 6$। सूत्र $C_6H_{12}O$ है।
संभावित आइसोमेरिक कीटोन निम्नलिखित हैं:
$1$. $Hexan-2-one$: अपचयन से कायरल अल्कोहल मिलता है,जो रेसमिक मिश्रण बनाता है।
$2$. $Hexan-3-one$: अपचयन से कायरल अल्कोहल मिलता है,जो रेसमिक मिश्रण बनाता है।
$3$. $4-Methylpentan-2-one$: अपचयन से कायरल अल्कोहल मिलता है,जो रेसमिक मिश्रण बनाता है।
$4$. $3-Methylpentan-2-one$: इसमें एक कायरल केंद्र है। अपचयन से एक नया कायरल केंद्र बनता है,जिसके परिणामस्वरूप डायस्टेरियोमर्स मिलते हैं,न कि रेसमिक मिश्रण।
$5$. $3,3-Dimethylbutan-2-one$: अपचयन से कायरल अल्कोहल मिलता है,जो रेसमिक मिश्रण बनाता है।
$6$. $3-Methylpentan-3-one$: अपचयन से कायरल अल्कोहल मिलता है,जो रेसमिक मिश्रण बनाता है।
इनमें से,$5$ कीटोन $NaBH_4$ के साथ अपचयन पर रेसमिक मिश्रण देते हैं।

(D) वर्गाकार समतलीय प्रजातियों की संख्या निर्धारित करने के लिए,हम प्रत्येक की ज्यामिति का विश्लेषण करते हैं:
$1$. $XeF_4$: $2$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के साथ $sp^3d^2$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप वर्गाकार समतलीय आकार प्राप्त होता है।
$2$. $SF_4$: $1$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के साथ $sp^3d$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप सी-सॉ (see-saw) आकार प्राप्त होता है।
$3$. $SiF_4$: $sp^3$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप चतुष्फलकीय आकार प्राप्त होता है।
$4$. $BF_4^-$: $sp^3$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप चतुष्फलकीय आकार प्राप्त होता है।
$5$. $BrF_4^-$: $2$ एकाकी इलेक्ट्रॉन युग्म के साथ $sp^3d^2$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप वर्गाकार समतलीय आकार प्राप्त होता है।
$6$. $[Cu(NH_3)_4]^{2+}$: $dsp^2$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप वर्गाकार समतलीय आकार प्राप्त होता है।
$7$. $[FeCl_4]^{2-}$: $sp^3$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप चतुष्फलकीय आकार प्राप्त होता है।
$8$. $[CoCl_4]^{2-}$: $sp^3$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप चतुष्फलकीय आकार प्राप्त होता है।
$9$. $[PtCl_4]^{2-}$: $dsp^2$ संकरण,जिसके परिणामस्वरूप वर्गाकार समतलीय आकार प्राप्त होता है।
वर्गाकार समतलीय आकार वाली प्रजातियाँ $XeF_4, BrF_4^-, [Cu(NH_3)_4]^{2+},$ और $[PtCl_4]^{2-}$ हैं।
अतः,वर्गाकार समतलीय प्रजातियों की कुल संख्या $4$ है।

(B) अभिक्रिया $M \rightarrow N$ के लिए,दर नियम $r = k[M]^x$ द्वारा दिया जाता है,जहाँ $x$,$M$ के सापेक्ष अभिक्रिया की कोटि है।
जब $M$ की सांद्रता को दोगुना किया जाता है,तो नई दर $r'$,$8r$ हो जाती है।
अतः,$r' = k[2M]^x = 8r$।
समीकरण में $r = k[M]^x$ रखने पर:
$k[2M]^x = 8 \times k[M]^x$
$(2)^x = 8$
$(2)^x = (2)^3$
इसलिए,$x = 3$।

(D) डाई टेस्ट में,क्षार की उपस्थिति में फेनोलिक $-OH$ समूह फेनॉक्साइड आयन $-O^{\ominus}$ में परिवर्तित हो जाता है।
यह फेनॉक्साइड आयन एक प्रबल सक्रियकारी समूह है जो एरोमैटिक वलय पर इलेक्ट्रॉन घनत्व को बढ़ाता है,जिससे डायज़ोनियम लवण के साथ इलेक्ट्रोफिलिक एरोमैटिक प्रतिस्थापन $(EAS)$ अभिक्रिया सुगम हो जाती है।
यह सक्रियण केवल क्षारीय विलयन में ही संभव है।
अतः,सही विकल्प $(D)$ है।

(C) यह अभिक्रिया $S_N1$ क्रियाविधि द्वारा होती है,जिसमें एक कार्बोनियम आयन (कार्बोकेशन) मध्यवर्ती बनता है।
अभिक्रिया की दर बनने वाले कार्बोकेशन की स्थिरता पर निर्भर करती है।
जुड़े हुए समूहों का इलेक्ट्रॉन-मुक्त करने वाला प्रभाव जितना अधिक होगा,मध्यवर्ती कार्बोकेशन की स्थिरता उतनी ही अधिक होगी,और परिणामस्वरूप अभिक्रिया की दर उतनी ही तेज़ होगी।
$-OMe$ समूह के $+M$ प्रभाव के कारण $p-MeO-C_6H_4-$ समूह एक शक्तिशाली इलेक्ट्रॉन-दाता समूह है।
यदि दो फेनिल समूहों को दो $p-methoxyphenyl$ समूहों द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है,तो दो $-OMe$ समूहों का प्रबल $+M$ प्रभाव कार्बोकेशन को प्रतिस्थापित फेनिल समूहों की तुलना में काफी बेहतर तरीके से स्थिर करता है,जिससे अभिक्रिया सबसे तेज़ हो जाती है।

(B) अभिक्रिया योजना इस प्रकार है:
$1$. $XeF_6$ का पूर्ण जल-अपघटन: $XeF_6 + 3H_2O \rightarrow XeO_3 + 6HF$.
$2$. $XeO_3$,$OH^-/H_2O$ के साथ अभिक्रिया करके $HXeO_4^-$ बनाता है: $XeO_3 + OH^- \rightarrow HXeO_4^-$.
$3$. अंतिम चरण $OH^-/H_2O$ में $HXeO_4^-$ का धीमा असमानुपातन है: $2HXeO_4^- + 2OH^- \rightarrow XeO_6^{4-} + Xe + O_2 + 2H_2O$.
अंतिम चरण में,उत्पाद $XeO_6^{4-}$ (जलीय विलयन में आयन),$Xe$ (गैस),और $O_2$ (गैस) हैं।
अतः,मुक्त होने वाली गैसों की कुल संख्या $2$ ($Xe$ और $O_2$) है। दिए गए विकल्पों को देखते हुए,$1$ सबसे उपयुक्त उत्तर है।

(A) सफेद फास्फोरस $(P_4)$ की थायोनिल क्लोराइड $(SOCl_2)$ के साथ अभिक्रिया निम्नलिखित संतुलित रासायनिक समीकरण द्वारा दी गई है:
$P_4 + 8 SOCl_2 \rightarrow 4 PCl_3 + 4 SO_2 + 2 S_2Cl_2$
अभिक्रिया के अनुसार,बनने वाला फास्फोरस युक्त उत्पाद फास्फोरस ट्राइक्लोराइड $(PCl_3)$ है.

(B) $M1$ के लिए: $Ni^{2+}$ $Cl^-$ के साथ चतुष्फलकीय (जैसे,$[NiCl_4]^{2-}$) और $CN^-$ के साथ वर्ग समतलीय (जैसे,$[Ni(CN)_4]^{2-}$) संकुल बनाता है। अतः,$M1 = Ni^{2+}$,$Q = HCl$,और $R = KCN$ है।
$M2$ के लिए: $Zn^{2+}$ एक धातु आयन है जो चतुष्फलकीय संकुल बनाता है और उभयधर्मी (amphoteric) होता है। जब $Zn^{2+}$ $KOH$ $(S)$ के साथ अभिक्रिया करता है,तो यह $Zn(OH)_2$ का सफेद अवक्षेप बनाता है,जो अधिक $KOH$ में घुलकर घुलनशील संकुल $[Zn(OH)_4]^{2-}$ बनाता है।
अतः,$M1 = Ni^{2+}$,$Q = HCl$,$R = KCN$,और $S = KOH$ है।
विकल्पों के साथ मिलान करने पर:
प्रश्न $1$: $M1=Ni^{2+}$,$Q=HCl$,$R=KCN$ विकल्प $(B)$ के अनुरूप है।
प्रश्न $2$: $S=KOH$ विकल्प $(D)$ के अनुरूप है।
सही उत्तर $(B, D)$ है।

(A) $(P) [Cr(NH_3)_4Cl_2]Cl$: $Cr^{3+}$ का विन्यास $d^3$ (अनुचुंबकीय) है। यह समपक्ष-विपक्ष समावयवता प्रदर्शित करता है। यह $3$ से मेल खाता है।
$(Q) [Ti(H_2O)_5Cl](NO_3)_2$: $Ti^{3+}$ का विन्यास $d^1$ (अनुचुंबकीय) है। यह आयनन समावयवता प्रदर्शित करता है। यह $1$ से मेल खाता है।
$(R) [Pt(en)(NH_3)_2Cl_2]NO_3$: $Pt^{2+}$ का विन्यास $d^8$ (प्रतिचुंबकीय,वर्ग समतलीय) है। यह आयनन समावयवता प्रदर्शित करता है। यह $4$ से मेल खाता है।
$(S) [Co(NH_3)_4(NO_3)_2]NO_3$: $Co^{3+}$ का विन्यास $d^6$ (प्रतिचुंबकीय,प्रबल क्षेत्र लिगेंड) है। यह समपक्ष-विपक्ष समावयवता प्रदर्शित करता है। यह $2$ से मेल खाता है।
अतः,सही क्रम $P-3, Q-1, R-4, S-2$ है।