Catalyst and Catalysis Questions in Hindi

(N/A) उत्प्रेरक अभिक्रिया की दर को बढ़ाता है। उत्प्रेरक की क्रिया को मध्यवर्ती संकुल सिद्धांत द्वारा समझाया जा सकता है।
इस सिद्धांत के अनुसार,एक उत्प्रेरक अभिकारकों के साथ अस्थायी बंध बनाकर रासायनिक अभिक्रिया में भाग लेता है,जिसके परिणामस्वरूप एक मध्यवर्ती संकुल बनता है।
इस मध्यवर्ती संकुल का अस्तित्व क्षणिक होता है और यह विघटित होकर उत्पाद और उत्प्रेरक प्रदान करता है।
यह माना जाता है कि उत्प्रेरक अभिकारकों और उत्पादों के बीच सक्रियण ऊर्जा को कम करके एक वैकल्पिक मार्ग या अभिक्रिया क्रियाविधि प्रदान करता है,जिससे चित्र में दिखाए अनुसार स्थितिज ऊर्जा अवरोध कम हो जाता है।

(N/A) $1$. अभिक्रिया की दर में बड़ा परिवर्तन लाने के लिए उत्प्रेरक की थोड़ी मात्रा ही पर्याप्त होती है।
$2$. उत्प्रेरक अभिक्रिया को शुरू नहीं कर सकता; यह केवल मौजूदा अभिक्रिया की दर को तेज कर सकता है।
$3$. आरेनियस समीकरण $k = Ae^{-E_a/RT}$ के अनुसार,उत्प्रेरक सक्रियण ऊर्जा $(E_a)$ को कम करता है,जिससे अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है।
$4$. उत्प्रेरक अभिक्रिया के गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G)$ को नहीं बदलता है।
$5$. उत्प्रेरक अभिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन $(\Delta H)$ को नहीं बदलता है।
$6$. उत्प्रेरक अभिक्रिया में भाग लेता है लेकिन अभिक्रिया के अंत में बिना किसी स्थायी रासायनिक परिवर्तन के पुनर्जीवित हो जाता है।
$7$. उत्प्रेरक अभिक्रिया के साम्य स्थिरांक $(K_{eq})$ को नहीं बदलता है। यह अग्र और पश्च दोनों अभिक्रियाओं को समान सीमा तक उत्प्रेरित करके साम्य को तेजी से प्राप्त करने में मदद करता है।
$8$. उत्प्रेरक की उपस्थिति से अभिकारकों और उत्पादों की स्थितिज ऊर्जा में कोई परिवर्तन नहीं होता है।

(N/A) $(i)$ संदमक: ये वे रासायनिक पदार्थ हैं जो रासायनिक अभिक्रिया की दर को कम करते हैं या एंजाइम के सक्रिय स्थल से जुड़कर या उत्प्रेरक के साथ अभिक्रिया करके इसे होने से रोकते हैं।
$(ii)$ उत्प्रेरक: उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो स्वयं में कोई स्थायी रासायनिक परिवर्तन किए बिना रासायनिक अभिक्रिया की दर को बढ़ाता है।

(B) $1.$ असत्य: उत्प्रेरक मध्यवर्ती संकुल बनाकर अभिक्रिया में भाग लेते हैं,हालांकि वे अंत में पुन: प्राप्त हो जाते हैं।
$2.$ सत्य: उत्प्रेरक सक्रियण ऊर्जा को कम करके एक वैकल्पिक पथ प्रदान करते हैं जिससे अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है।
$3.$ असत्य: उत्प्रेरक सामान्यतः अभिक्रिया की दर को बढ़ाते हैं (धनात्मक उत्प्रेरक)।
$4.$ सत्य: उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा $(E_a)$ वाला एक वैकल्पिक पथ प्रदान करके अभिक्रिया की क्रियाविधि को बदल देते हैं।

(B) $1.$ उत्प्रेरक कम सक्रियण ऊर्जा के साथ सक्रिय संकुल बनाकर अभिक्रिया के लिए एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करता है,जिसमें आंशिक बंध शामिल होते हैं। यह कथन $True \ (T)$ है।
$2.$ उत्प्रेरक अभिक्रिया के एन्थैल्पी परिवर्तन $(\Delta H)$ को नहीं बदलता है; यह केवल अभिक्रिया की दर को प्रभावित करता है। यह कथन $False \ (F)$ है।
$3.$ उत्प्रेरक अभिक्रिया में उपभोग नहीं होता है और अभिक्रिया के अंत में रासायनिक रूप से अपरिवर्तित रहता है। यह कथन $True \ (T)$ है।
अतः,सही क्रम $T, F, T$ है।

(A) $1.$ उत्प्रेरक सक्रियण ऊर्जा को कम करके अग्र और पश्च दोनों अभिक्रियाओं की दर को समान रूप से बढ़ाता है। अतः,कथन $1$ $False$ है।
$2.$ उत्प्रेरक अभिकारकों या उत्पादों की स्थितिज ऊर्जा को नहीं बदलता है; यह केवल संक्रमण अवस्था की सक्रियण ऊर्जा को कम करता है। अतः,कथन $2$ $False$ है।
$3.$ उत्प्रेरक रासायनिक अभिक्रिया में खर्च नहीं होता है; यह अभिक्रिया के अंत में अपरिवर्तित रहता है। अतः,कथन $3$ $False$ है।
इसलिए,सही क्रम $F, F, F$ है।

(N/A) उत्प्रेरण वह घटना है जिसमें किसी रासायनिक अभिक्रिया की दर एक ऐसे बाहरी पदार्थ की उपस्थिति से बदल जाती है जो अभिक्रिया के बाद रासायनिक और मात्रात्मक रूप से अपरिवर्तित रहता है। ऐसे पदार्थों को उत्प्रेरक कहा जाता है।
उदाहरण के लिए,पोटेशियम क्लोरेट का अपघटन $(2 KClO_{3} \rightarrow 2 KCl + 3 O_{2})$ $653-873 \ K$ पर धीरे-धीरे होता है,लेकिन मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_{2})$ की उपस्थिति में,यह $473-633 \ K$ के कम तापमान पर त्वरित दर से होता है।
वर्धक (Promoters) वे पदार्थ हैं जो उत्प्रेरक की सक्रियता को बढ़ाते हैं,जबकि विष (Poisons) उत्प्रेरक की सक्रियता को कम करते हैं।
उदाहरण के लिए,अमोनिया के निर्माण की हैबर प्रक्रिया में,मोलिब्डेनम $(Mo)$ लोहे $(Fe)$ के लिए एक वर्धक के रूप में कार्य करता है,जिसका उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है:
$N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \xrightarrow{Fe(s), Mo(s)} 2 NH_{3(g)}$

(N/A) समांग उत्प्रेरण: जब अभिकारक,उत्पाद और उत्प्रेरक एक ही अवस्था में होते हैं,तो उस प्रक्रिया को समांग उत्प्रेरण कहा जाता है।
समांग उत्प्रेरण के उदाहरण:
$(i)$ लेड चैंबर प्रक्रिया में नाइट्रोजन के ऑक्साइड उत्प्रेरक की उपस्थिति में सल्फर डाइऑक्साइड का डाइऑक्सीजन द्वारा सल्फर ट्राइऑक्साइड में ऑक्सीकरण:
$2 SO_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{NO_{(g)}} 2 SO_{3(g)}$
$(ii)$ हाइड्रोक्लोरिक एसिड द्वारा प्रदान किए गए $H^+$ आयनों द्वारा मिथाइल एसीटेट का जल-अपघटन:
$CH_3COOCH_{3(l)} + H_2O_{(l)} \xrightarrow{HCl_{(l)}} CH_3COOH_{(aq)} + CH_3OH_{(aq)}$
$(iii)$ सल्फ्यूरिक एसिड द्वारा प्रदान किए गए $H^+$ आयनों द्वारा चीनी का जल-अपघटन:
$C_{12}H_{22}O_{11(aq)} + H_2O_{(l)} \xrightarrow{H_2SO_{4(l)}} C_6H_{12}O_{6(aq)} + C_6H_{12}O_{6(aq)}$
विषमांग उत्प्रेरण: जब अभिकारक और उत्प्रेरक अलग-अलग अवस्थाओं में होते हैं,तो उस प्रक्रिया को विषमांग उत्प्रेरण कहा जाता है।
विषमांग उत्प्रेरण के उदाहरण:
$(i)$ संपर्क प्रक्रिया (Contact process) में प्लैटिनम $(Pt)$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में सल्फर डाइऑक्साइड का सल्फर ट्राइऑक्साइड में ऑक्सीकरण:
$2 SO_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{Pt_{(s)}} 2 SO_{3(g)}$
$(ii)$ आयरन $(Fe)$ उत्प्रेरक का उपयोग करके अमोनिया के संश्लेषण के लिए हैबर प्रक्रिया:
$N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \xrightarrow{Fe_{(s)}} 2NH_{3(g)}$

(N/A) यह सिद्धांत विषमांगी उत्प्रेरण की क्रियाविधि की व्याख्या करता है। उत्प्रेरण का पुराना सिद्धांत,जिसे अधिशोषण सिद्धांत के रूप में जाना जाता है,यह बताता था कि गैसीय अवस्था या विलयन में मौजूद अभिकारक ठोस उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषित हो जाते हैं।
सतह पर अभिकारकों की सांद्रता में वृद्धि से अभिक्रिया की दर बढ़ जाती है। अधिशोषण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया होने के कारण,अधिशोषण की ऊष्मा का उपयोग अभिक्रिया की दर को बढ़ाने में किया जाता है।
आधुनिक अधिशोषण सिद्धांत,मध्यवर्ती यौगिक निर्माण सिद्धांत और पुराने अधिशोषण सिद्धांत का संयोजन है। उत्प्रेरक की सक्रियता उत्प्रेरक की सतह पर केंद्रित होती है। इस क्रियाविधि में पांच चरण शामिल हैं:
$(i)$ अभिकारकों का उत्प्रेरक की सतह तक विसरण।
$(ii)$ उत्प्रेरक की सतह पर अभिकारक अणुओं का अधिशोषण।
$(iii)$ मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से उत्प्रेरक की सतह पर रासायनिक अभिक्रिया का होना।
$(iv)$ उत्प्रेरक की सतह से अभिक्रिया उत्पादों का विशोषण (desorption),जिससे सतह फिर से अधिक अभिक्रिया के लिए उपलब्ध हो जाती है।
$(v)$ उत्प्रेरक की सतह से अभिक्रिया उत्पादों का दूर विसरण।
उत्प्रेरक की सतह,उसके आंतरिक भाग के विपरीत,मुक्त संयोजकताएं रखती है जो रासायनिक आकर्षण बलों के लिए स्थान प्रदान करती है। जब कोई गैस ऐसी सतह के संपर्क में आती है,तो उसके अणु ढीले रासायनिक संयोजन के कारण वहां रुक जाते हैं। यदि विभिन्न अणु अगल-बगल अधिशोषित हो जाते हैं,तो वे एक-दूसरे के साथ अभिक्रिया कर सकते हैं,जिसके परिणामस्वरूप नए अणुओं का निर्माण होता है।

ठोस उत्प्रेरकों की महत्वपूर्ण विशेषताएँ निम्नलिखित हैं:
$(a)$ सक्रियता (Activity): उत्प्रेरक की सक्रियता काफी हद तक रसोवशोषण (chemisorption) की मजबूती पर निर्भर करती है। सक्रिय होने के लिए अभिकारकों को उत्प्रेरक पर उचित रूप से अधिशोषित होना चाहिए। हालाँकि,उन्हें इतनी मजबूती से अधिशोषित नहीं होना चाहिए कि वे स्थिर हो जाएं और अन्य अभिकारकों के लिए उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषण के लिए कोई जगह न बचे।
उदाहरण: $2H_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{Pt} 2H_2O_{(l)}$
$(b)$ चयनात्मकता (Selectivity): उत्प्रेरक की चयनात्मकता उसकी वह क्षमता है जो किसी अभिक्रिया को विशेष उत्पाद देने के लिए निर्देशित करती है,जब समान अभिक्रिया स्थितियों में कई उत्पाद संभव हों।
समान अभिकारकों के लिए अलग-अलग उत्प्रेरकों की चयनात्मकता अलग-अलग होती है। उदाहरण के लिए,$H_2$ और $CO$ से शुरू करके और अलग-अलग उत्प्रेरकों का उपयोग करके,हमें अलग-अलग उत्पाद मिलते हैं:
$(i)$ $CO_{(g)} + 3H_{2(g)} \xrightarrow{Ni} CH_{4(g)} + H_2O_{(g)}$
$(ii)$ $CO_{(g)} + 2H_{2(g)} \xrightarrow{Cu/ZnO-Cr_2O_3} CH_3OH_{(g)}$
$(iii)$ $CO_{(g)} + H_{2(g)} \xrightarrow{Cu} HCHO_{(g)}$
इस प्रकार,यह निष्कर्ष निकाला जा सकता है कि उत्प्रेरक की क्रिया प्रकृति में अत्यधिक चयनात्मक होती है। परिणामस्वरूप,जो पदार्थ एक अभिक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है,वह दूसरी अभिक्रिया को उत्प्रेरित करने में विफल हो सकता है।

(N/A) वह उत्प्रेरकीय अभिक्रिया जो उत्प्रेरक की छिद्र संरचना और अभिकारक तथा उत्पाद अणुओं के आकार पर निर्भर करती है,उसे आकार-चयनात्मक उत्प्रेरण कहा जाता है।
जिओलाइट्स अपनी मधुकोश जैसी संरचना के कारण अच्छे आकार-चयनात्मक उत्प्रेरक होते हैं। ये सूक्ष्म-छिद्रयुक्त एल्युमिनोसिलिकेट्स होते हैं जिनमें सिलिकेट्स का त्रिविमीय नेटवर्क होता है,जिसमें कुछ सिलिकॉन परमाणु एल्युमीनियम परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित होते हैं,जो $Al-O-Si$ ढांचा प्रदान करते हैं।
जिओलाइट्स में होने वाली अभिक्रियाएं अभिकारक और उत्पाद अणुओं के आकार और आकृति के साथ-साथ जिओलाइट्स के छिद्रों और गुहाओं पर निर्भर करती हैं। ये प्रकृति में पाए जाते हैं और उत्प्रेरकीय चयनात्मकता के लिए संश्लेषित भी किए जाते हैं।
जिओलाइट्स का उपयोग पेट्रोकेमिकल उद्योगों में हाइड्रोकार्बन के क्रैकिंग और समावयवीकरण (isomerisation) के लिए उत्प्रेरक के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है। पेट्रोलियम उद्योग में उपयोग किया जाने वाला एक महत्वपूर्ण जिओलाइट उत्प्रेरक $ZSM-5$ है। यह अल्कोहल को निर्जलीकृत करके सीधे गैसोलीन (पेट्रोल) में परिवर्तित करता है,जिससे हाइड्रोकार्बन का मिश्रण प्राप्त होता है।

(N/A) एंजाइम उत्प्रेरण की विशेषताएं निम्नलिखित हैं:
$(i)$ अत्यधिक कुशल: एंजाइम का एक अणु प्रति मिनट अभिकारक के दस लाख अणुओं को परिवर्तित कर सकता है।
$(ii)$ अत्यधिक विशिष्ट प्रकृति: प्रत्येक एंजाइम एक दी गई अभिक्रिया के लिए विशिष्ट होता है; उदाहरण के लिए,यूरिएज एंजाइम केवल यूरिया के जल-अपघटन को उत्प्रेरित करता है।
$(iii)$ इष्टतम तापमान पर अत्यधिक सक्रिय: एंजाइम अभिक्रिया की दर एक निश्चित तापमान पर अधिकतम होती है जिसे इष्टतम तापमान कहा जाता है,जो आमतौर पर $298-310 \ K$ होता है।
$(iv)$ इष्टतम $pH$ पर अत्यधिक सक्रिय: एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रिया की दर एक विशेष $pH$ मान पर अधिकतम होती है,जो आमतौर पर $pH$ $5-7$ के बीच होती है।
$(v)$ सक्रियक और सह-एंजाइम की उपस्थिति में बढ़ती सक्रियता: सह-एंजाइम की उपस्थिति में एंजाइमी सक्रियता बढ़ जाती है,जो छोटे गैर-प्रोटीन अणु (अक्सर विटामिन) होते हैं जो उत्प्रेरक सक्रियता को बढ़ाते हैं।
$(vi)$ अवरोधकों और विषों का प्रभाव: अवरोधक या विष एंजाइम की सतह पर सक्रिय कार्यात्मक समूहों के साथ परस्पर क्रिया करते हैं,जिससे उनकी उत्प्रेरक सक्रियता कम हो जाती है या नष्ट हो जाती है।

(N/A)

प्रक्रिया	उत्प्रेरक
$1$. अमोनिया के निर्माण के लिए हैबर प्रक्रम: $N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \rightleftharpoons 2NH_{3(g)}$	$1$. सूक्ष्म विभाजित लोहा,वर्धक के रूप में मोलिब्डेनम। स्थितियाँ: $200 \ bar$ दाब और $723-773 \ K$ तापमान। आजकल,आयरन ऑक्साइड,पोटेशियम ऑक्साइड और एल्यूमिना के मिश्रण का उपयोग किया जाता है।
$2$. नाइट्रिक एसिड के निर्माण के लिए ओस्टवाल्ड प्रक्रम: $4NH_{3(g)} + 5O_{2(g)} \rightarrow 4NO_{(g)} + 6H_{2}O_{(g)}$; $2NO_{(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2NO_{2(g)}$; $4NO_{2(g)} + 2H_{2}O_{(l)} + O_{2(g)} \rightarrow 4HNO_{3(aq)}$	$2$. प्लेटिनाइज्ड एस्बेस्टस,तापमान $573 \ K$।
$3$. सल्फ्यूरिक एसिड के निर्माण के लिए संपर्क प्रक्रम (Contact process): $2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \rightarrow 2SO_{3(g)}$; $SO_{3(g)} + H_{2}SO_{4(aq)} \rightarrow H_{2}S_{2}O_{7(l)}$ (ओलियम); $H_{2}S_{2}O_{7(l)} + H_{2}O_{(l)} \rightarrow 2H_{2}SO_{4(aq)}$	$3$. प्लेटिनाइज्ड एस्बेस्टस या वैनेडियम पेंटोक्साइड $(V_{2}O_{5})$,तापमान $673-723 \ K$।

(B) पोटेशियम क्लोरेट $(KClO_3)$ के अपघटन में,कम तापमान पर अभिक्रिया की दर को बढ़ाने के लिए मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_2)$ मिलाया जाता है।
चूंकि अभिक्रिया के अंत में $MnO_2$ रासायनिक रूप से अपरिवर्तित रहता है,इसलिए यह एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।

(N/A) अभिकारकों और उत्प्रेरक की भौतिक अवस्था के आधार पर उत्प्रेरण को मुख्य रूप से दो प्रकारों में वर्गीकृत किया गया है:
$1$. $Homogeneous \ catalysis$ (समांग उत्प्रेरण): इस प्रकार में,अभिकारक और उत्प्रेरक एक ही प्रावस्था (phase) में होते हैं।
$2$. $Heterogeneous \ catalysis$ (विषमांग उत्प्रेरण): इस प्रकार में,अभिकारक और उत्प्रेरक अलग-अलग प्रावस्थाओं में होते हैं।

(B) वनस्पति तेल के हाइड्रोजनीकरण में,अभिकारक (वनस्पति तेल) द्रव अवस्था में होता है,जबकि उत्प्रेरक (रेनी निकेल) ठोस अवस्था में होता है। चूंकि उत्प्रेरक और अभिकारक अलग-अलग अवस्थाओं में हैं,इसलिए यह $Heterogeneous \ catalysis$ (विषमांगी उत्प्रेरण) का एक उदाहरण है।

(A) जिओलाइट एल्युमिनोसिलिकेट्स होते हैं जिनकी संरचना त्रि-आयामी नेटवर्क जैसी होती है। इनकी संरचना $Honeycomb$ (मधुमक्खी के छत्ते) जैसी होती है,जो इन्हें अपने छिद्रों में विशिष्ट आकार के अणुओं को फँसाकर आकार-चयनात्मक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करने की अनुमति देती है।

(B) उत्प्रेरण की प्रक्रिया में,विशोषण की भूमिका उत्प्रेरक की सतह से उत्पाद के अणुओं को हटाना है। यह प्रक्रिया उत्प्रेरक की सतह पर सक्रिय स्थलों को मुक्त करती है,जिससे नए अभिकारक अणु अधिशोषित हो सकें और अभिक्रिया कर सकें,जिससे उत्प्रेरक चक्र बना रहता है।

(N/A) उत्प्रेरकीय अभिक्रिया के दौरान,अभिकारक के अणु उत्पाद बनाने के लिए उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषित हो जाते हैं।
उत्प्रेरक को प्रभावी बनाए रखने और अभिक्रिया को जारी रखने के लिए,बने हुए उत्पाद के अणुओं का सतह से विशोषित (desorbed) होना आवश्यक है।
यह विशोषण प्रक्रिया उत्प्रेरक की सतह पर रिक्त स्थान बनाती है,जिससे नए अभिकारक अणु अधिशोषित हो सकें और अभिक्रिया पुनः संपन्न हो सके।

(B) विषमांगी उत्प्रेरण में,अभिक्रिया ठोस उत्प्रेरक की सतह पर होती है।
सबसे पहले,अभिकारक अणुओं को अधिशोषण (adsorption) के लिए बल्क चरण से उत्प्रेरक की सतह तक विसरित होना पड़ता है।
सतह पर रासायनिक अभिक्रिया होने के बाद,उत्पाद अणुओं को उत्प्रेरक की सतह से दूर बल्क चरण में वापस विसरित होना पड़ता है ताकि आगे की अभिक्रिया चक्र जारी रह सके।

(N/A) विषमांगी उत्प्रेरण में,गैसीय अणु ठोस उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषित हो जाते हैं।
यह अधिशोषण प्रक्रिया अभिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा को कम कर देती है।
इसके अतिरिक्त,चूंकि अधिशोषण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रिया है,इसलिए अधिशोषण के दौरान निकलने वाली ऊष्मा उत्प्रेरक की सतह पर स्थानीय तापमान को बढ़ा देती है,जिससे अभिक्रिया की दर और अधिक बढ़ जाती है।

विषमांगी उत्प्रेरण की क्रियाविधि में निम्नलिखित चरण शामिल हैं:
$1)$ अभिकारकों का उत्प्रेरक की सतह तक विसरण।
$2)$ उत्प्रेरक की सतह पर अभिकारक अणुओं का अधिशोषण।
$3)$ मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से उत्प्रेरक सतह पर रासायनिक अभिक्रिया का होना।
$4)$ उत्प्रेरक सतह से अभिक्रिया उत्पादों का विशोषण,जिससे सतह पुनः अभिक्रिया के लिए उपलब्ध हो जाती है।
$5)$ उत्प्रेरक की सतह से उत्पादों का विसरण।
इसे आधुनिक अधिशोषण सिद्धांत के रूप में जाना जाता है। यह सिद्धांत बताता है कि क्यों उत्प्रेरक अभिक्रिया के अंत में द्रव्यमान और रासायनिक संरचना में अपरिवर्तित रहता है और कम मात्रा में भी प्रभावी होता है। हालाँकि,यह उत्प्रेरक वर्धकों और विषों की क्रिया को समझाने में विफल रहा है।

(N/A) वह उत्प्रेरकीय अभिक्रिया जो उत्प्रेरक की छिद्र संरचना और अभिकारक तथा उत्पाद अणुओं के आकार पर निर्भर करती है,उसे आकार-चयनात्मक उत्प्रेरण कहा जाता है।
जिओलाइट्स अपनी मधुकोश जैसी संरचना के कारण अच्छे आकार-चयनात्मक उत्प्रेरक होते हैं।
जिओलाइट्स सूक्ष्म-छिद्रयुक्त एल्युमिनोसिलिकेट्स होते हैं जिनमें एक त्रि-आयामी नेटवर्क होता है,जिसमें कुछ सिलिकॉन परमाणु एल्युमिनियम परमाणुओं द्वारा प्रतिस्थापित होते हैं,जिससे $Al-O-Si$ ढांचा बनता है। जिओलाइट में होने वाली अभिक्रिया अभिकारक और उत्पाद अणुओं के आकार और आकृति के साथ-साथ जिओलाइट्स के छिद्रों और गुहाओं पर निर्भर करती है।
जिओलाइट्स का उपयोग पेट्रोकेमिकल उद्योगों में हाइड्रोकार्बन के क्रैकिंग और आइसोमेराइजेशन के लिए उत्प्रेरक के रूप में व्यापक रूप से किया जाता है। उदाहरण के लिए,जिओलाइट $ZSM-5$ अल्कोहल को निर्जलीकृत करके उन्हें गैसोलीन में परिवर्तित करता है,जिससे हाइड्रोकार्बन का मिश्रण प्राप्त होता है।

(N/A) $1.$ $TiCl_4$ और $Al(CH_3)_3$ के संयोजन को ज़िग्लर-नाटा $(Ziegler-Natta)$ उत्प्रेरक के रूप में जाना जाता है।
$2.$ हैबर प्रक्रम में,अमोनिया का उत्पादन नाइट्रोजन $(N_2)$ और हाइड्रोजन $(H_2)$ गैसों के मिश्रण से किया जाता है।

(A) हेबर प्रक्रम का उपयोग नाइट्रोजन $(N_2)$ और हाइड्रोजन $(H_2)$ से अमोनिया $(NH_3)$ के औद्योगिक उत्पादन के लिए किया जाता है।
अभिक्रिया: $N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g)$.
इस प्रक्रिया में,उत्प्रेरक के रूप में बारीक पिसा हुआ लोहा $(Fe)$ का उपयोग किया जाता है और मोलिब्डेनम $(Mo)$ का उपयोग उत्प्रेरक वर्धक के रूप में किया जाता है।

(A-3, B-4, C-2, D-5, E-1) $A-3, B-4, C-2, D-5, E-1$
$A$. $H_2$ की उपस्थिति में $Ni$ का उपयोग वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण के लिए किया जाता है।
$B$. $Cu_2Cl_2$ का उपयोग सैंडमेयर अभिक्रिया में किया जाता है।
$C$. $V_2O_5$ का उपयोग सल्फ्यूरिक एसिड के निर्माण के लिए संपर्क प्रक्रिया में किया जाता है।
$D$. बारीक पिसा हुआ लोहा अमोनिया के संश्लेषण के लिए हैबर प्रक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है।
$E$. $TiCl_4 + Al(CH_3)_3$ जिगलर-नाटा उत्प्रेरक है जिसका उपयोग एथीन के बहुलकीकरण के लिए किया जाता है।

(N/A) उद्योग में उपयोग किए जाने वाले जैव-उत्प्रेरक का एक सामान्य उदाहरण $Invertase$ एंजाइम है,जिसका उपयोग $Sucrose$ (गन्ने की चीनी) से $Invert \ Sugar$ ($Glucose$ और $Fructose$ का मिश्रण) बनाने में किया जाता है।
$1$. इस प्रक्रिया में खमीर $(Saccharomyces \ cerevisiae)$ से प्राप्त $Invertase$ एंजाइम की उपस्थिति में $Sucrose$ $(C_{12}H_{22}O_{11})$ का जल-अपघटन किया जाता है।
$2$. रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{Invertase} C_6H_{12}O_6 (Glucose) + C_6H_{12}O_6 (Fructose)$.
$3$. यह प्रक्रिया अत्यधिक कुशल है और सामान्य तापमान तथा $pH$ पर होती है,जो इसे एक पर्यावरण के अनुकूल औद्योगिक विधि बनाती है।

(A) पोटेशियम क्लोरेट $(KClO_3)$ के अपघटन द्वारा ऑक्सीजन गैस प्राप्त करने के लिए मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_2)$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $2KClO_3(s) \xrightarrow{MnO_2} 2KCl(s) + 3O_2(g)$.
$MnO_2$ अभिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा को कम कर देता है,जिससे अभिक्रिया कम तापमान पर हो सकती है।

(N/A) जब अभिक्रिया उत्प्रेरक की उपस्थिति में की जाती है,तो अभिकारक की एन्थैल्पी $H_{R}$ और उत्पाद की एन्थैल्पी $H_{P}$ अपरिवर्तित रहती है। अभिक्रिया की एन्थैल्पी,जो एन्थैल्पी में परिवर्तन $\Delta_{r} H$ है,नहीं बदलती है।
$\Delta_{r} H = H_{P} - H_{R}$
$= \text{उत्पाद की एन्थैल्पी} - \text{अभिकारक की एन्थैल्पी}$
$= \text{स्थिरांक}$
अतः,उत्प्रेरक की उपस्थिति में $\Delta H$ नहीं बदलता है।
उत्प्रेरक की उपस्थिति में,स्थितिज ऊर्जा अवरोध की ऊँचाई कम हो जाती है,लेकिन अभिकारकों और उत्पादों का ऊर्जा स्तर समान रहता है। इस प्रकार,$\Delta H$ स्थिर रहता है।

(B) उत्प्रेरक अभिक्रिया के लिए कम सक्रियण ऊर्जा $(E_a)$ वाला एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करता है। यह अभिक्रिया के साम्य स्थिरांक,एन्थैल्पी परिवर्तन या गिब्ज़ मुक्त ऊर्जा को प्रभावित नहीं करता है।

(A) सही मिलान इस प्रकार है:
$a$. डीकन प्रक्रम में $CuCl_2$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
$b$. $H_2SO_4$ के निर्माण के लिए संपर्क प्रक्रम में $V_2O_5$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
$c$. हाइड्रोकार्बन के भंजन (Cracking) में $ZSM-5$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
$d$. वनस्पति तेलों के हाइड्रोजनीकरण में $Ni$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
अतः,सही क्रम $a-ii, b-iv, c-i, d-iii$ है।

(A) अभिक्रियाओं को उनके संबंधित उत्प्रेरकों के साथ इस प्रकार सुमेलित किया गया है:
$A. N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \rightarrow 2NH_{3(g)}$ (हेबर प्रक्रम) उत्प्रेरक के रूप में $Fe_xO_y + K_2O + Al_2O_3$ $(I)$ का उपयोग करता है।
$B. CO_{(g)} + 3H_{2(g)} \rightarrow CH_{4(g)} + H_2O_{(g)}$ उत्प्रेरक के रूप में $Ni$ $(II)$ का उपयोग करता है।
$C. CO_{(g)} + H_{2(g)} \rightarrow HCHO_{(g)}$ उत्प्रेरक के रूप में $Cu$ $(III)$ का उपयोग करता है।
$D. CO_{(g)} + 2H_{2(g)} \rightarrow CH_3OH_{(g)}$ उत्प्रेरक के रूप में $Cu/ZnO - Cr_2O_3$ $(IV)$ का उपयोग करता है।
अतः,सही मिलान $A-I, B-II, C-III, D-IV$ है।

(A) $2 SO_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{V_{2}O_{5}} 2 SO_{3(g)}$: संपर्क प्रक्रिया (Contact process) में $V_{2}O_{5}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है।
$4 NH_{3(g)} + 5 O_{2(g)} \xrightarrow{Pt_{(s)}-Rh_{(s)}} 4 NO_{(g)} + 6 H_{2}O_{(g)}$: ओस्टवाल्ड प्रक्रिया में $Pt_{(s)}-Rh_{(s)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है।
$N_{2(g)} + 3 H_{2(g)} \xrightarrow{Fe_{(s)}} 2 NH_{3(g)}$: हैबर प्रक्रिया में $Fe_{(s)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है।
$\text{Vegetable oil}(l) + H_{2(g)} \xrightarrow{Ni_{(s)}} \text{Vegetable ghee}(s)$: हाइड्रोजनीकरण में $Ni_{(s)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है।
अतः,सही मिलान $A-I, B-II, C-III, D-IV$ है।

(A) . $4NH_{3(g)} + 5O_{2(g)} \xrightarrow{Pt_{(s)}} 4NO_{(g)} + 6H_2O_{(g)}$ (ओस्टवाल्ड प्रक्रिया में $Pt_{(s)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है)।
$B$. $N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \xrightarrow{Fe_{(s)}} 2NH_{3(g)}$ (हैबर प्रक्रिया में $Fe_{(s)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है)।
$C$. $C_{12}H_{22}O_{11(aq)} + H_2O_{(l)} \xrightarrow{H^+} C_6H_{12}O_6 + C_6H_{12}O_6$ (चीनी के प्रतिलोमन में $H_2SO_{4(l)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है)।
$D$. $2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{NO_{(g)}} 2SO_{3(g)}$ (लेड चैंबर प्रक्रिया में $NO_{(g)}$ उत्प्रेरक के रूप में उपयोग होता है)।
अतः,सही मिलान $A-III, B-IV, C-II, D-I$ है।

(C) एंजाइम-उत्प्रेरित अभिक्रिया की दर माइकलिस-मेंटेन गतिकी का पालन करती है।
कम सबस्ट्रेट सांद्रता पर,अभिक्रिया सबस्ट्रेट के संबंध में प्रथम कोटि की होती है,जिसका अर्थ है कि दर सबस्ट्रेट सांद्रता के साथ रैखिक रूप से बढ़ती है।
जैसे-जैसे सबस्ट्रेट सांद्रता बढ़ती है,एंजाइम की सक्रिय साइटें संतृप्त हो जाती हैं और अभिक्रिया की दर एक अधिकतम मान $(V_{max})$ तक पहुंच जाती है,जो एक हाइपरबोलिक वक्र दर्शाती है।
ग्राफ $c$ इस हाइपरबोलिक संबंध को दर्शाता है जहाँ सबस्ट्रेट सांद्रता बढ़ने के साथ दर बढ़ती है और अंततः स्थिर हो जाती है।

(B) विषमांगी उत्प्रेरण का आधुनिक अधिशोषण सिद्धांत निम्नलिखित चरणों को शामिल करता है:
$1.$ अभिकारकों का उत्प्रेरक की सतह पर विसरण।
$2.$ उत्प्रेरक की सतह पर अभिकारक अणुओं का अधिशोषण।
$3.$ मध्यवर्ती के निर्माण के माध्यम से उत्प्रेरक की सतह पर रासायनिक अभिक्रिया का होना।
$4.$ उत्प्रेरक की सतह से उत्पादों का विशोषण (desorption)।
$5.$ उत्प्रेरक की सतह से उत्पादों का विसरण।
दिए गए कथनों का मूल्यांकन:
$A.$ गलत: अभिकारक उत्प्रेरक की सतह पर विसरित होते हैं।
$B.$ सही: अभिकारक उत्प्रेरक की सतह पर अधिशोषित होते हैं।
$C.$ सही: अभिक्रिया सतह पर मध्यवर्ती के माध्यम से होती है।
$D.$ सही: यह मध्यवर्ती यौगिक निर्माण और अधिशोषण सिद्धांत का संयोजन है।
$E.$ सही: यह उत्प्रेरक,वर्धकों और विषों की क्रिया को समझाता है।
अतः,कथन $B, C, D,$ और $E$ सही हैं। सही कथनों की कुल संख्या $4$ है।

(A) सूक्ष्म विभाजित $Fe$ की उपस्थिति में $N_2$ और $H_2$ के संयोजन से $NH_3$ का बनना विषमांगी उत्प्रेरण का एक उदाहरण है क्योंकि उत्प्रेरक $(Fe_{(s)})$ अभिकारकों ($N_2(g)$ और $H_2(g)$) से अलग भौतिक अवस्था में है।
$N_{2(g)} + 3H_{2(g)} \xrightarrow{Fe_{(s)}} 2NH_{3(g)}$
अन्य सभी विकल्प समांगी उत्प्रेरण के उदाहरण हैं जहाँ उत्प्रेरक और अभिकारक एक ही प्रावस्था में होते हैं:
$C_{12}H_{22}O_{11(aq)} + H_2O_{(l)} \xrightarrow{H^+_{(aq)}} \text{Glucose}_{(aq)} + \text{Fructose}_{(aq)}$
$2SO_{2(g)} + O_{2(g)} \xrightarrow{NO_{(g)}} 2SO_{3(g)}$

(D) वैकर प्रक्रम (Wacker process) में उपयोग किया जाने वाला उत्प्रेरक $PdCl_2$ है।
अतः,$Wacker \ process - PtCl_2$ का युग्म गलत है।

(D) उत्प्रेरक अभिक्रिया दो चरणों में होती है:
$1$. $2 Fe^{3+} + 2 I^{-} \longrightarrow 2 Fe^{2+} + I_2$
$2$. $2 Fe^{2+} + S_2 O_8^{2-} \longrightarrow 2 Fe^{3+} + 2 SO_4^{2-}$
पहले चरण में,$Fe^{3+}$ आयोडाइड आयन $(I^-)$ का आयोडीन $(I_2)$ में ऑक्सीकरण करता है और स्वयं $Fe^{2+}$ में अपचयित हो जाता है।
दूसरे चरण में,$Fe^{2+}$ पर्सल्फेट आयन $(S_2 O_8^{2-})$ का सल्फेट $(SO_4^{2-})$ में अपचयन करता है और स्वयं $Fe^{3+}$ में ऑक्सीकृत हो जाता है।
अतः,कथन $A$ और $D$ सही हैं।

(A) $TiO_2$ (टाइटेनियम डाइऑक्साइड) एक प्रसिद्ध अर्धचालक पदार्थ है जो पराबैंगनी प्रकाश विकिरण के तहत एक कुशल फोटोकैटालिस्ट के रूप में कार्य करता है।
इसका उपयोग पर्यावरणीय अनुप्रयोगों जैसे कि कार्बनिक प्रदूषकों के क्षरण और जल विभाजन में व्यापक रूप से किया जाता है।

(D) पोटेशियम क्लोरेट $(KClO_3)$ का अपघटन ऑक्सीजन गैस तैयार करने की एक मानक प्रयोगशाला विधि है।
यह अभिक्रिया इस प्रकार है: $2KClO_3(s) \xrightarrow{MnO_2, \Delta} 2KCl(s) + 3O_2(g)$.
इस अभिक्रिया में,मैंगनीज डाइऑक्साइड $(MnO_2)$ एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है जो सक्रियण ऊर्जा को कम करता है,जिससे अपघटन कम तापमान पर हो सकता है।

(A) सल्फ्यूरिक एसिड के निर्माण के लिए लेड चैंबर प्रक्रिया में $SO_2$ का $SO_3$ में ऑक्सीकरण करने के लिए $NO$ (नाइट्रिक ऑक्साइड) उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है।

(B) फिशर-ट्रॉप्स प्रक्रिया रासायनिक अभिक्रियाओं का एक समूह है जो कार्बन मोनोऑक्साइड और हाइड्रोजन के मिश्रण को तरल हाइड्रोकार्बन में परिवर्तित करती है।
इस प्रक्रिया में,आमतौर पर $Fe$ (आयरन) या $Co$ (कोबाल्ट) जैसे उत्प्रेरकों का उपयोग किया जाता है।
विशेष रूप से,गैसोलीन-श्रेणी के हाइड्रोकार्बन के संश्लेषण के लिए,कार्बन मोनोऑक्साइड के हाइड्रोजनीकरण को सुविधाजनक बनाने के लिए कोबाल्ट-थोरियम $(Co-Th)$ उत्प्रेरक का उपयोग किया जाता है।

(B) हाइड्रोजन पेरोक्साइड $(H_2O_2)$ का अपघटन एक स्वतःस्फूर्त अभिक्रिया है। इस अभिक्रिया में ग्लिसरॉल एक ऋणात्मक उत्प्रेरक या अवरोधक के रूप में कार्य करता है। यह $H_2O_2$ के अपघटन की दर को धीमा कर देता है,जिससे इसका जल और ऑक्सीजन में तीव्र अपघटन रुक जाता है।

(A) अभिक्रिया $H_2O_{2(aq)} \xrightarrow{I^{-}_{(aq)}} H_2O_{(l)} + \frac{1}{2} O_{2(g)}$ में,अभिकारक $H_2O_2$ जलीय अवस्था $(aq)$ में है।
चूंकि उत्प्रेरक $I^{-}$ भी जलीय अवस्था $(aq)$ में है,इसलिए यह अभिकारक के समान प्रावस्था में है।
अतः,आयोडाइड आयन एक समांगी उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है।

(B) हैबर प्रक्रिया में $N_2$ और $H_2$ से अमोनिया $(NH_3)$ बनाने के लिए आयरन $(Fe)$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
मोलिब्डेनम $(Mo)$ का उपयोग उत्प्रेरक की दक्षता बढ़ाने के लिए प्रमोटर के रूप में किया जाता है।
इसलिए,उपयोग किया जाने वाला संयोजन $Fe/Mo$ है।

(C) अमोनिया के उत्पादन के लिए हैबर प्रक्रिया $(N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3)$ में,लोहा $(Fe)$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।
$K_2O$ (पोटेशियम ऑक्साइड) और $Al_2O_3$ (एल्युमिनियम ऑक्साइड) को अभिक्रिया मिश्रण में वर्धक (प्रमोटर) के रूप में मिलाया जाता है।
वर्धक वह पदार्थ है जो उत्प्रेरक की दक्षता या सक्रियता को बढ़ाता है।

(C) वायुमंडल में नाइट्रिक ऑक्साइड $(NO)$ ओजोन $(O_3)$ के ऑक्सीजन $(O_2)$ में अपघटन को उत्प्रेरित करता है।
चूंकि अभिकारक $(O_3)$ और उत्प्रेरक $(NO)$ दोनों गैसीय अवस्था में हैं,इसलिए यह समांगी उत्प्रेरण का एक उदाहरण है।
अभिक्रिया: $2 O_{3(g)} \xrightarrow{NO_{(g)}} 3 O_{2(g)}$.

(B) सल्फ्यूरिक एसिड के औद्योगिक उत्पादन की संपर्क प्रक्रिया में,$SO_2$ और $O_2$ उत्प्रेरक की उपस्थिति में अभिक्रिया करके $SO_3$ बनाते हैं।
ऐतिहासिक रूप से,प्लेटिनमयुक्त एस्बेस्टस का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता था।
वर्तमान में,वैनेडियम पेंटोक्साइड $(V_2O_5)$ का अधिक उपयोग किया जाता है,लेकिन दिए गए विकल्पों में से $Platinum$ सही धातु उत्प्रेरक है।

(D) विषमांगी उत्प्रेरण वह प्रक्रिया है जिसमें उत्प्रेरक अभिकारकों से भिन्न भौतिक अवस्था में होता है।
वनस्पति तेल के हाइड्रोजनीकरण में,अभिकारक (वनस्पति तेल) द्रव अवस्था में होता है,जबकि उत्प्रेरक $(Ni_{(s)})$ ठोस अवस्था में होता है।
चूँकि अवस्थाएँ भिन्न हैं,यह विषमांगी उत्प्रेरण का एक उदाहरण है।
विकल्प $A$,$B$ और $C$ में,उत्प्रेरक और अभिकारक समान अवस्था में हैं (समांगी उत्प्रेरण)।