রসায়ন — অধ্যায়ঃ ৬ (মোলের ধারণা ও রাসায়নিক গণনা) সৃজনশীল প্রশ্ন ব্যাংক ও বিস্তারিত গাণিতিক সমাধান (১ - ৯)

🧪 জাহিদুল সাদ ক্লাসরুম (Zahidul Saad Classroom)

রসায়ন — অধ্যায়ঃ ৬ (মোলের ধারণা ও রাসায়নিক গণনা)

✨ সৃজনশীল প্রশ্ন ব্যাংক ও বিস্তারিত গাণিতিক সমাধান (১ - ৯) ✨

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ১

উদ্দীপক: কস্টিক সোডার সেমিমোলার $400\text{ mL}$ দ্রবণ একটি পাত্রে নেওয়া হলো। অপর একটি পাত্রে ভিনেগারের সেমিমোলার $400\text{ mL}$ দ্রবণ নেওয়া হলো।

• ক. মোলারিটি কাকে বলে?
• খ. $\text{CO}$ যৌগে $\text{C}$ এর সুপ্ত যোজনী ব্যাখ্যা কর।
• গ. প্রথম পাত্রের দ্রবীভূত দ্রবে পরমাণুর সংখ্যা নির্ণয় কর।
• ঘ. প্রথম ও দ্বিতীয় পাত্রের দ্রবণকে একত্রে মেশালে কোনটি লিমিটিং বিক্রিয়ক এবং কোনটি কত পরিমাণে অবশিষ্ট থাকবে?

✅ ১ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) মোলারিটি-এর সংজ্ঞা:

নির্দিষ্ট তাপমাত্রায় প্রতি লিটার বা $1000\text{ mL}$ দ্রবণে দ্রবীভূত দ্রবের মোল সংখ্যাকে ঐ দ্রবণের মোলারিটি (Molarity) বা মোলার ঘনমাত্রা বলে। একে $S$ বা $M$ দ্বারা প্রকাশ করা হয় এবং এর একক $\text{mol L}^{-1}$ বা $\text{M}$।

🎯 (খ) $\text{CO}$ যৌগে $\text{C}$-এর সুপ্ত যোজনী ব্যাখ্যা:

কোনো মৌলের সর্বোচ্চ যোজনী এবং কোনো নির্দিষ্ট যৌগে ঐ মৌলের সক্রিয় যোজনীর পার্থক্যকে ঐ মৌলের সুপ্ত যোজনী বলে।

সুপ্ত যোজনী = মৌলের সর্বোচ্চ যোজনী $-$ মৌলের সক্রিয় যোজনী

কার্বন মনোঅক্সাইড ($\text{CO}$) যৌগে অক্সিজেনের যোজনী $2$ হওয়ায় কার্বনের ($\text{C}$) সক্রিয় যোজনী হলো $2$। অপরদিকে কার্বনের সর্বোচ্চ যোজনী হলো $4$।
সুতরাং, $\text{CO}$ যৌগে $\text{C}$-এর সুপ্ত যোজনী $= (4 - 2) = 2$।

🎯 (গ) প্রথম পাত্রের দ্রবীভূত দ্রবে পরমাণুর সংখ্যা নির্ণয়:

প্রথম পাত্রে কস্টিক সোডা ($\text{NaOH}$)-এর সেমিমোলার দ্রবণ রয়েছে।

এখানে দেওয়া আছে,
• দ্রবণের আয়তন, $V = 400\text{ mL}$
• সেমিমোলার দ্রবণের ঘনমাত্রা, $S = 0.5\text{ M}$
• কস্টিক সোডা ($\text{NaOH}$)-এর আণবিক ভর, $M = 23 + 16 + 1 = 40\text{ g/mol}$
• অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা, $N_A = 6.023 \times 10^{23}\text{ টি/মোল}$

আমরা জানি, দ্রবীভূত দ্রবের মোল সংখ্যা, $$n = \frac{S \times V}{1000} = \frac{0.5 \times 400}{1000} = 0.2\text{ mol}$$ আবার, $1\text{ mol}$ $\text{NaOH}$-এ অণু থাকে $= 6.023 \times 10^{23}$ টি
$\therefore 0.2\text{ mol}$ $\text{NaOH}$-এ অণুর সংখ্যা $= 0.2 \times 6.023 \times 10^{23} = 1.2046 \times 10^{23}$ টি। অণুর সংখ্যা

এখন, ১টি $\text{NaOH}$ যৌগে মোট পরমাণু আছে $= 1\text{টি Na} + 1\text{টি O} + 1\text{টি H} = 3$ টি।
অতএব, মোট পরমাণুর সংখ্যা $= 3 \times 1.2046 \times 10^{23} = 3.6138 \times 10^{23}$ টি।

উত্তর: প্রথম পাত্রের দ্রবীভূত দ্রবে পরমাণুর সংখ্যা $3.6138 \times 10^{23}$ টি।

🎯 (ঘ) উভয় পাত্রের দ্রবণ একত্রে মেশালে লিমিটিং বিক্রিয়ক ও অবশিষ্ট পরিমাণ বিশ্লেষণ:

১ম পাত্রে কস্টিক সোডা ($\text{NaOH}$) এবং ২য় পাত্রে ভিনেগারের মূল উপাদান ইথানয়িক এসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$) রয়েছে।

১ম পাত্রের ($\text{NaOH}$) ক্ষেত্রে:
আয়তন $V_1 = 400\text{ mL}$, ঘনমাত্রা $S_1 = 0.5\text{ M}$, আণবিক ভর $M_1 = 40\text{ g/mol}$।
মোল সংখ্যা, $n_1 = \frac{400 \times 0.5}{1000} = 0.2\text{ mol}$ এবং ভর, $W_1 = 0.2 \times 40 = 8\text{ g}$।

২য় পাত্রের ($\text{CH}_3\text{COOH}$) ক্ষেত্রে:
আয়তন $V_2 = 400\text{ mL}$, ঘনমাত্রা $S_2 = 0.5\text{ M}$, আণবিক ভর $M_2 = 12 + 3 + 12 + 32 + 1 = 60\text{ g/mol}$।
মোল সংখ্যা, $n_2 = \frac{400 \times 0.5}{1000} = 0.2\text{ mol}$ এবং ভর, $W_2 = 0.2 \times 60 = 12\text{ g}$।

সংঘটিত প্রশমন বিক্রিয়া: $$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \longrightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}$$ সমীকরণ অনুযায়ী, $1\text{ mol}$ (বা $60\text{ g}$) $\text{CH}_3\text{COOH}$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করে $1\text{ mol}$ (বা $40\text{ g}$) $\text{NaOH}$-এর সাথে।
এখানে, $0.2\text{ mol}$ (বা $12\text{ g}$) $\text{CH}_3\text{COOH}$-এর সাথে বিক্রিয়া করার জন্য ঠিক $0.2\text{ mol}$ (বা $8\text{ g}$) $\text{NaOH}$ প্রয়োজন এবং উভয় পাত্রেই ঠিক $0.2\text{ mol}$ করে বিক্রিয়ক উপস্থিত আছে। ফলে উভয় বিক্রিয়কই একই সাথে সম্পূর্ণরূপে নিঃশেষিত হয়ে যাবে, কোনোটিই অবশিষ্ট থাকবে না ($0\text{ g}$)।

(বিশেষ দ্রষ্টব্য: যদি ভিনেগার বলতে ইথানয়িক এসিডের $6\%$ জলীয় দ্রবণের $400\text{ mL}$-কে সেমিমোলার না ধরে সাধারণ ৬% ভিনেগার ধরা হয়, তবে $\text{CH}_3\text{COOH}$-এর ভর হতো $24\text{ g}$ বা $0.4\text{ mol}$; সেক্ষেত্রে $\text{NaOH}$ লিমিটিং বিক্রিয়ক হতো এবং $\text{CH}_3\text{COOH}$ $(24 - 12) = 12\text{ g}$ অবশিষ্ট থাকত। কিন্তু উদ্দীপকে উভয় দ্রবণকেই সরাসরি $400\text{ mL}$ সেমিমোলার উল্লেখ করায় উভয়ই $0.2\text{ mol}$ হিসেবে সম্পূর্ণ প্রশমিত হবে।)

সিদ্ধান্ত: উভয় পাত্রেই সমমোল ($0.2\text{ mol}$) বিক্রিয়ক থাকায় উভয়ই সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করবে এবং কোনো বিক্রিয়কই অবশিষ্ট থাকবে না।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ২

$750\text{ mL}$ $0.25\text{ M}$ $\text{NH}_4\text{Cl}$ দ্রবণ

🧪 A-পাত্র

$600\text{ mL}$ $0.35\text{ M}$ $\text{CaO}$ দ্রবণ

🧪 B-পাত্র

• ক. মোলার আয়তন কাকে বলে?
• খ. $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের দ্রবণ একত্র করলে যে গ্যাস উৎপন্ন হয় তার জলীয় দ্রবণের প্রকৃতি লেখ।
• গ. $\text{A}$ পাত্রে আরো $450\text{ mL}$ পানি যোগ করলে দ্রবণের ঘনমাত্রা কত হবে?
• ঘ. $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের দ্রবণ একত্র করলে যে পরিমাণ লবণ উৎপন্ন হয় তার জলীয় দ্রবণে $20\text{ g}$ কস্টিক সোডা যোগ করলে কী পরিমাণ অধঃক্ষেপ উৎপন্ন হয়।

✅ ২ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) মোলার আয়তন-এর সংজ্ঞা:

নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপে এক মোল পরিমাণ যেকোনো গ্যাসীয় পদার্থ যে আয়তন দখল করে, তাকে ঐ গ্যাসের মোলার আয়তন (Molar Volume) বলে। প্রমাণ অবস্থায় (STP-তে) যেকোনো গ্যাসের মোলার আয়তন $22.4\text{ L}$।

🎯 (খ) উৎপন্ন গ্যাসের জলীয় দ্রবণের প্রকৃতি:

$\text{A}$ পাত্রের অ্যামোনিয়াম ক্লোরাইড ($\text{NH}_4\text{Cl}$) এবং $\text{B}$ পাত্রের ক্যালসিয়াম অক্সাইড ($\text{CaO}$) একত্র করলে ঝাঁঝালো গন্ধযুক্ত অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$) গ্যাস উৎপন্ন হয়: $$2\text{NH}_4\text{Cl} + \text{CaO} \longrightarrow \text{CaCl}_2 + 2\text{NH}_3\uparrow + \text{H}_2\text{O}$$ উৎপন্ন $\text{NH}_3$ গ্যাসকে পানিতে দ্রবীভূত করলে তা পানির সাথে বিক্রিয়া করে অ্যামোনিয়াম হাইড্রোক্সাইড ($\text{NH}_4\text{OH}$) উৎপন্ন করে: $$\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{NH}_4\text{OH} \rightleftharpoons \text{NH}_4^+ + \text{OH}^-$$ যেহেতু জলীয় দ্রবণে এটি হাইড্রোক্সিল আয়ন ($\text{OH}^-$) দান করে এবং লাল লিটমাস পেপারকে নীল করে, তাই উৎপন্ন গ্যাসের জলীয় দ্রবণের প্রকৃতি ক্ষারধর্মী।

🎯 (গ) $\text{A}$ পাত্রে আরো $450\text{ mL}$ পানি যোগ করলে দ্রবণের ঘনমাত্রা নির্ণয়:

এখানে দেওয়া আছে,
• $\text{A}$ পাত্রের প্রাথমিক আয়তন, $V_1 = 750\text{ mL}$
• প্রাথমিক ঘনমাত্রা, $S_1 = 0.25\text{ M}$
• $450\text{ mL}$ পানি যোগ করার পর চূড়ান্ত আয়তন, $V_2 = (750 + 450)\text{ mL} = 1200\text{ mL}$
• পরিবর্তিত ঘনমাত্রা, $S_2 = ?$

লঘুকরণ সূত্রানুসারে আমরা জানি, $$V_1 S_1 = V_2 S_2$$ $$\Rightarrow S_2 = \frac{V_1 S_1}{V_2} = \frac{750 \times 0.25}{1200} = \frac{187.5}{1200} = 0.15625\text{ M}$$

উত্তর: পানি যোগ করার পর $\text{A}$ পাত্রের দ্রবণের ঘনমাত্রা হবে $0.15625\text{ M}$।

🎯 (ঘ) উৎপন্ন লবণের দ্রবণে $20\text{ g}$ কস্টিক সোডা যোগ করলে অধঃক্ষেপের পরিমাণ নির্ণয়:

১ম ধাপ: $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণ ($\text{CaCl}_2$) হিসাব:
• $\text{A}$ পাত্রে $\text{NH}_4\text{Cl}$-এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{NH}_4\text{Cl}} = \frac{750 \times 0.25}{1000} = 0.1875\text{ mol}$
• $\text{B}$ পাত্রে $\text{CaO}$-এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{CaO}} = \frac{600 \times 0.35}{1000} = 0.21\text{ mol}$

বিক্রিয়ার সমীকরণ: $$2\text{NH}_4\text{Cl} + \text{CaO} \longrightarrow \text{CaCl}_2 + 2\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$ সমীকরণ মতে, $2\text{ mol}$ $\text{NH}_4\text{Cl}$ বিক্রিয়া করে $1\text{ mol}$ $\text{CaO}$-এর সাথে।
$\therefore 0.1875\text{ mol}$ $\text{NH}_4\text{Cl}$ বিক্রিয়া করবে $= \frac{0.1875}{2} = 0.09375\text{ mol}$ $\text{CaO}$-এর সাথে।
যেহেতু $\text{CaO}$ বেশি আছে ($0.21\text{ mol}$), তাই $\text{NH}_4\text{Cl}$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক এবং এর থেকেই উৎপন্ন লবণ $\text{CaCl}_2$-এর পরিমাণ নির্ধারিত হবে।
অতএব, উৎপন্ন $\text{CaCl}_2$ লবণের মোল সংখ্যা $= 0.09375\text{ mol}$ ভর $= 0.09375 \times 111 = 10.40625\text{ g}$

২য় ধাপ: উৎপন্ন $\text{CaCl}_2$-এর সাথে $20\text{ g}$ কস্টিক সোডা ($\text{NaOH}$)-এর বিক্রিয়ায় অধঃক্ষেপ নির্ণয়:
যোগকৃত $\text{NaOH}$-এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{NaOH}} = \frac{20}{40} = 0.5\text{ mol}$।
সংঘটিত বিক্রিয়া: $$\text{CaCl}_2 + 2\text{NaOH} \longrightarrow \text{Ca(OH)}_2\downarrow + 2\text{NaCl}$$ এখানে উৎপন্ন অধঃক্ষেপটি হলো ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইড $\text{Ca(OH)}_2$, যার আণবিক ভর $M = 40 + 2 \times (16 + 1) = 74\text{ g/mol}$।
সমীকরণ অনুযায়ী, $1\text{ mol}$ $\text{CaCl}_2$-এর সাথে বিক্রিয়া করতে $\text{NaOH}$ প্রয়োজন $2\text{ mol}$।
সুতরাং, $0.09375\text{ mol}$ $\text{CaCl}_2$-এর সাথে বিক্রিয়া করতে $\text{NaOH}$ প্রয়োজন $= 2 \times 0.09375 = 0.1875\text{ mol}$ (যা প্রদত্ত $0.5\text{ mol}$ অপেক্ষা কম, অর্থাৎ এখানে $\text{CaCl}_2$ লিমিটিং বিক্রিয়ক)।
অতএব, $0.09375\text{ mol}$ $\text{CaCl}_2$ হতে $\text{Ca(OH)}_2$-এর অধঃক্ষেপ উৎপন্ন হবে $= 0.09375\text{ mol}$।
সুতরাং, উৎপন্ন $\text{Ca(OH)}_2$ অধঃক্ষেপের ভর, $$W = n \times M = 0.09375 \times 74 = 6.9375\text{ g}$$

উত্তর: $6.9375\text{ g}$ ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইড $\text{Ca(OH)}_2$-এর অধঃক্ষেপ উৎপন্ন হবে।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৩

$\text{(i) } \text{CaCO}_3 \xrightarrow{\text{🔥 }\Delta\text{ }} \text{X}_{(s)} + \text{Y}_{(g)}$

$\text{(ii) } \underset{\mathbf{15\text{ g}}}{\text{Y}} + \underset{\mathbf{15\text{ g}}}{\text{Ca(OH)}_2} \longrightarrow \text{Z}_{(s)} + \text{H}_2\text{O}$

• ক. মোসলের সূত্রটি লেখ।
• খ. পানির স্থায়ী খরতার কারণ লেখ।
• গ. $\text{X}$ এর বন্ধন প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা কর।
• ঘ. (ii) নং বিক্রিয়ায় কোনটি লিমিটিং বিক্রিয়ক?

✅ ৩ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) মোসলের সূত্র (আধুনিক পর্যায় সূত্র):

বিজ্ঞানী হেনরি মোসলের সূত্রানুসারে, "মৌলসমূহের ভৌত ও রাসায়নিক ধর্মাবলি তাদের পারমাণবিক সংখ্যা অনুযায়ী পর্যায়ক্রমে আবর্তিত হয়।"

🎯 (খ) পানির স্থায়ী খরতার কারণ:

পানিতে ক্যালসিয়াম ($\text{Ca}^{2+}$), ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}^{2+}$) বা আয়রন ($\text{Fe}^{2+}$) আয়নের ক্লোরাইড, সালফেট বা নাইট্রেট লবণ—যেমন: $\text{CaCl}_2, \text{MgCl}_2, \text{CaSO}_4, \text{MgSO}_4$ ইত্যাদি দ্রবীভূত থাকলে পানির স্থায়ী খরতা সৃষ্টি হয়। শুধু ফুটিয়ে এই লবণগুলোকে অদ্রবণীয় অধঃক্ষেপে পরিণত করা যায় না বলে এই খরতা সহজে দূর হয় না।

🎯 (গ) $\text{X}$ যৌগের ($\text{CaO}$) বন্ধন প্রক্রিয়া ব্যাখ্যা:

উদ্দীপকের (i) নং বিক্রিয়াটি সম্পন্ন করলে পাই: $$\text{CaCO}_3 \xrightarrow{\Delta} \text{CaO}_{(s)} + \text{CO}_{2(g)}$$ এখানে কঠিন উৎপাদ $\text{X}_{(s)}$ হলো ক্যালসিয়াম অক্সাইড ($\text{CaO}$), যার মধ্যে আয়নিক বন্ধন বিদ্যমান।

বন্ধন গঠন প্রক্রিয়া:
• ক্যালসিয়াম ($\text{Ca}$)-এর পারমাণবিক সংখ্যা $20$ এবং ইলেকট্রন বিন্যাস $(2, 8, 8, 2)$। নিকটস্থ নিষ্ক্রিয় গ্যাস আর্গনের ($\text{Ar}$) স্থিতিশীল কাঠামো অর্জনের জন্য $\text{Ca}$ তার সর্ববহিঃস্থ স্তরের $2$টি ইলেকট্রন ত্যাগ করে দ্বি-ধনাত্মক $\text{Ca}^{2+}$ ক্যাটায়নে পরিণত হয়: $$\text{Ca } (2, 8, 8, 2) - 2e^- \longrightarrow \text{Ca}^{2+} (2, 8, 8)$$ • অক্সিজেন ($\text{O}$)-এর পারমাণবিক সংখ্যা $8$ এবং ইলেকট্রন বিন্যাস $(2, 6)$। নিকটস্থ নিষ্ক্রিয় গ্যাস নিয়নের ($\text{Ne}$) অষ্টক পূর্ণ করার জন্য অক্সিজেন ঐ $2$টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে দ্বি-ঋণাত্মক $\text{O}^{2-}$ অ্যানায়নে পরিণত হয়: $$\text{O } (2, 6) + 2e^- \longrightarrow \text{O}^{2-} (2, 8)$$ • অতঃপর বিপরীত আধানযুক্ত $\text{Ca}^{2+}$ ও $\text{O}^{2-}$ আয়নদ্বয় পরস্পর স্থির বৈদ্যুতিক আকর্ষণ বল দ্বারা যুক্ত হয়ে $\text{CaO}$ যৌগ গঠন করে: $$\text{Ca}^{2+} + \text{O}^{2-} \longrightarrow \text{CaO}$$

🎯 (ঘ) (ii) নং বিক্রিয়ায় লিমিটিং বিক্রিয়ক নির্ণয়:

(i) নং বিক্রিয়া হতে প্রাপ্ত গ্যাসীয় পদার্থ $\text{Y}_{(g)}$ হলো কার্বন ডাই-অক্সাইড ($\text{CO}_2$)।
সুতরাং (ii) নং বিক্রিয়াটি হলো: $$\text{CO}_2 + \text{Ca(OH)}_2 \longrightarrow \text{CaCO}_3 + \text{H}_2\text{O}$$

আণবিক ভর হিসাব:
• $\text{CO}_2$-এর আণবিক ভর $= 12 + (16 \times 2) = 44\text{ g/mol}$
• $\text{Ca(OH)}_2$-এর আণবিক ভর $= 40 + 2 \times (16 + 1) = 74\text{ g/mol}$

বিক্রিয়ার সমীকরণ অনুযায়ী,
$74\text{ g}$ $\text{Ca(OH)}_2$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করে $= 44\text{ g}$ $\text{CO}_2$-এর সাথে
$\therefore 1\text{ g}$ $\text{Ca(OH)}_2$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করে $= \frac{44}{74}\text{ g}$ $\text{CO}_2$-এর সাথে
$\therefore 15\text{ g}$ $\text{Ca(OH)}_2$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করবে $= \frac{44 \times 15}{74} = 8.92\text{ g}$ $\text{CO}_2$-এর সাথে।

এখানে, $15\text{ g}$ $\text{Ca(OH)}_2$-এর সাথে বিক্রিয়ার জন্য $\text{CO}_2$ প্রয়োজন মাত্র $8.92\text{ g}$, কিন্তু বিক্রিয়ায় $\text{CO}_2$ ($\text{Y}$) দেওয়া আছে $15\text{ g}$। ফলে বিক্রিয়ায় $\text{Ca(OH)}_2$ সম্পূর্ণরূপে শেষ হয়ে যাবে এবং $\text{CO}_2$ গ্যাস $(15 - 8.92) = 6.08\text{ g}$ অবশিষ্ট থাকবে।

সিদ্ধান্ত: (ii) নং বিক্রিয়ায় $\text{Ca(OH)}_2$ আগে নিঃশেষ হওয়ায় $\text{Ca(OH)}_2$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৪

$100\text{ mL}$ $0.50\text{ M}$ $\text{FeCl}_2$

🧪 পাত্র-A

$250\text{ mL}$ $5.2\text{ g}$ $\text{NaOH}$

🧪 পাত্র-B

• ক. মোলার আয়তন কাকে বলে?
• খ. $\text{HF}$ একটি পোলার যৌগ ব্যাখ্যা কর।
• গ. $\text{B}$ পাত্রের যৌগের ঘনমাত্রা নির্ণয় কর।
• ঘ. $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের যৌগদ্বয় বিক্রিয়া করলে কোনটি আগে নিঃশেষ হয়ে যাবে গাণিতিকভাবে ব্যাখ্যা কর।

✅ ৪ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) মোলার আয়তন-এর সংজ্ঞা:

নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপে $1\text{ mol}$ পরিমাণ যেকোনো গ্যাস যে আয়তন দখল করে, তাকে ঐ গ্যাসের মোলার আয়তন বলে।

🎯 (খ) $\text{HF}$ একটি পোলার যৌগ—ব্যাখ্যা:

সমযোজী যৌগের অণুতে দুটি পরমাণুর তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য $0.5$ থেকে $1.9$-এর মধ্যে হলে তাকে পোলার সমযোজী যৌগ বলে।
হাইড্রোজেন ফ্লোরাইড ($\text{HF}$) যৌগে হাইড্রোজেনের ($\text{H}$) তড়িৎ ঋণাত্মকতা $2.1$ এবং ফ্লোরিনের ($\text{F}$) তড়িৎ ঋণাত্মকতা $4.0$। এদের তড়িৎ ঋণাত্মকতার পার্থক্য $(4.0 - 2.1) = 1.9$ হওয়ায় সমযোজী বন্ধনের শেয়ারকৃত ইলেকট্রন যুগল অধিক তড়িৎ ঋণাত্মক ফ্লোরিন পরমাণুর দিকে ঝুঁকে পড়ে। ফলে ফ্লোরিন পরমাণুতে আংশিক ঋণাত্মক আধান ($\delta^-$) এবং হাইড্রোজেন পরমাণুতে আংশিক ধনাত্মক আধান ($\delta^+$) বা ডাইপোলের ($\text{H}^{\delta+} - \text{F}^{\delta-}$) সৃষ্টি হয়। এজন্য $\text{HF}$ একটি পোলার যৌগ।

🎯 (গ) $\text{B}$ পাত্রের যৌগের ($\text{NaOH}$) ঘনমাত্রা নির্ণয়:

এখানে দেওয়া আছে,
• $\text{B}$ পাত্রে দ্রবীভূত $\text{NaOH}$-এর ভর, $W = 5.2\text{ g}$
• $\text{NaOH}$-এর আণবিক ভর, $M = 23 + 16 + 1 = 40\text{ g/mol}$
• দ্রবণের আয়তন, $V = 250\text{ mL}$
• দ্রবণের ঘনমাত্রা, $S = ?$

আমরা জানি, $$S = \frac{1000 \times W}{M \times V}$$ $$\Rightarrow S = \frac{1000 \times 5.2}{40 \times 250} = \frac{5200}{10000} = 0.52\text{ M}$$

উত্তর: $\text{B}$ পাত্রের যৌগের ঘনমাত্রা $0.52\text{ M}$।

🎯 (ঘ) $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের যৌগদ্বয়ের বিক্রিয়ায় কোনটি আগে নিঃশেষ হবে তার গাণিতিক বিশ্লেষণ:

• $\text{A}$ পাত্রে $\text{FeCl}_2$-এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{FeCl}_2} = \frac{V \times S}{1000} = \frac{100 \times 0.50}{1000} = 0.05\text{ mol}$ ভর $= 0.05 \times 127 = 6.35\text{ g}$
• $\text{B}$ পাত্রে $\text{NaOH}$-এর মোল সংখ্যা, $n_{\text{NaOH}} = \frac{W}{M} = \frac{5.2}{40} = 0.13\text{ mol}$ ভর $= 5.2\text{ g}$

সংঘটিত রাসায়নিক বিক্রিয়া: $$\text{FeCl}_2 + 2\text{NaOH} \longrightarrow \text{Fe(OH)}_2\downarrow + 2\text{NaCl}$$ বিক্রিয়ার সমীকরণ অনুযায়ী,
$1\text{ mol}$ $\text{FeCl}_2$-এর সাথে সম্পূর্ণ বিক্রিয়া করতে $\text{NaOH}$ প্রয়োজন $= 2\text{ mol}$
$\therefore 0.05\text{ mol}$ $\text{FeCl}_2$-এর সাথে সম্পূর্ণ বিক্রিয়া করতে $\text{NaOH}$ প্রয়োজন $= 2 \times 0.05 = 0.10\text{ mol}$ (বা $0.10 \times 40 = 4.0\text{ g}$)।

কিন্তু $\text{B}$ পাত্রে $\text{NaOH}$ উপস্থিত আছে $0.13\text{ mol}$ (বা $5.2\text{ g}$), যা প্রয়োজনের তুলনায় $(0.13 - 0.10) = 0.03\text{ mol}$ (বা $1.2\text{ g}$) বেশি।

সিদ্ধান্ত: বিক্রিয়ায় $\text{A}$ পাত্রের যৌগ ফেরাস ক্লোরাইড ($\text{FeCl}_2$) আগে নিঃশেষ হয়ে যাবে (লিমিটিং বিক্রিয়ক)।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৫

উদ্দীপক: $\text{X}$ একটি হাইড্রোকার্বন। যৌগটির আণবিক সংকেত ও স্থূল সংকেত একই। যৌগটিতে $25\%$ হাইড্রোজেন বিদ্যমান।

• ক. ঊর্ধ্বপাতন কী?
• খ. $\text{NH}_3$ ও $\text{HCl}$ এর মধ্যে কোনটির ব্যাপন দ্রুত ঘটবে? ব্যাখ্যা কর।
• গ. $\text{X}$ এর স্থূল সংকেত নির্ণয় কর।
• ঘ. $100\text{ g}$ $\text{X}$ এর দহনে কী পরিমাণ $\text{CO}_2$ উৎপন্ন হবে? বিশ্লেষণ কর।

✅ ৫ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) ঊর্ধ্বপাতন-এর সংজ্ঞা:

যে প্রক্রিয়ায় কোনো কঠিন পদার্থকে তাপ দিলে তা তরলে পরিণত না হয়ে সরাসরি বাষ্পে পরিণত হয় এবং বাষ্পকে শীতল করলে তরলে পরিণত না হয়ে সরাসরি কঠিন পদার্থে রূপান্তরিত হয়, তাকে ঊর্ধ্বপাতন (Sublimation) বলে। (যেমন: কর্পূর, নিশাদল, আয়োডিন, ন্যাপথালিন)।

🎯 (খ) $\text{NH}_3$ ও $\text{HCl}$-এর মধ্যে ব্যাপন হারের তুলনা:

গ্রাহামের ব্যাপন সূত্রানুসারে, নির্দিষ্ট তাপমাত্রা ও চাপে যে গ্যাসের আণবিক ভর যত কম, তার ব্যাপন হার তত বেশি।
• অ্যামোনিয়া ($\text{NH}_3$) গ্যাসের আণবিক ভর $= 14 + (1 \times 3) = 17\text{ g/mol}$
• হাইড্রোজেন ক্লোরাইড ($\text{HCl}$) গ্যাসের আণবিক ভর $= 1 + 35.5 = 36.5\text{ g/mol}$
যেহেতু $\text{NH}_3$-এর আণবিক ভর ($17$) $\text{HCl}$-এর আণবিক ভর ($36.5$) অপেক্ষা অনেক কম, তাই $\text{NH}_3$ গ্যাসের ব্যাপন দ্রুত ঘটবে।

🎯 (গ) $\text{X}$ যৌগের স্থূল সংকেত নির্ণয়:

যেহেতু $\text{X}$ একটি হাইড্রোকার্বন, তাই এটি কেবল কার্বন ($\text{C}$) এবং হাইড্রোজেন ($\text{H}$) দ্বারা গঠিত।
দেওয়া আছে, হাইড্রোজেনের শতকরা পরিমাণ, $\text{H} = 25\%$।
অতএব, কার্বনের শতকরা পরিমাণ, $\text{C} = (100 - 25)\% = 75\%$।

মৌলগুলোর শতকরা সংযুক্তিকে নিজ নিজ পারমাণবিক ভর দ্বারা ভাগ করে পাই:
$$\text{C} = \frac{75}{12} = 6.25$$ $$\text{H} = \frac{25}{1} = 25$$ প্রাপ্ত ভাগফলগুলোকে ক্ষুদ্রতম ভাগফল ($6.25$) দ্বারা ভাগ করে পরমাণু সংখ্যার সরল অনুপাত পাই:
$$\text{C} : \text{H} = \frac{6.25}{6.25} : \frac{25}{6.25} = 1 : 4$$

উত্তর: $\text{X}$ যৌগটির স্থূল সংকেত হলো $\text{CH}_4$।

🎯 (ঘ) $100\text{ g}$ $\text{X}$-এর দহনে উৎপন্ন $\text{CO}_2$-এর পরিমাণ বিশ্লেষণ:

উদ্দীপক অনুসারে $\text{X}$ যৌগটির স্থূল সংকেত ও আণবিক সংকেত একই। তাই যৌগটি হলো মিথেন ($\text{CH}_4$)।

• মিথেন ($\text{CH}_4$)-এর আণবিক ভর $= 12 + (1 \times 4) = 16\text{ g/mol}$
• কার্বন ডাই-অক্সাইড ($\text{CO}_2$)-এর আণবিক ভর $= 12 + (16 \times 2) = 44\text{ g/mol}$

মিথেনের দহন বিক্রিয়া: $$\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$ সমীকরণ অনুযায়ী,
$16\text{ g}$ $\text{CH}_4$-এর পূর্ণ দহনে $\text{CO}_2$ উৎপন্ন হয় $= 44\text{ g}$
$\therefore 1\text{ g}$ $\text{CH}_4$-এর পূর্ণ দহনে $\text{CO}_2$ উৎপন্ন হয় $= \frac{44}{16}\text{ g}$
$\therefore 100\text{ g}$ $\text{CH}_4$-এর পূর্ণ দহনে $\text{CO}_2$ উৎপন্ন হবে $= \frac{44 \times 100}{16} = 275\text{ g}$।

(অতিরিক্ত বিশ্লেষণ: মোল সংখ্যা হিসেবে উৎপন্ন $\text{CO}_2 = \frac{275}{44} = 6.25\text{ mol}$ এবং STP-তে এর আয়তন $= 6.25 \times 22.4 = 140\text{ L}$।)

উত্তর: $100\text{ g}$ $\text{X}$ ($\text{CH}_4$)-এর দহনে $275\text{ g}$ (বা $6.25\text{ mol}$) $\text{CO}_2$ উৎপন্ন হবে।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৬

📏 আয়তন: $500\text{ mL}$ $\longrightarrow$

⬇️ কস্টিক সোডা ($30\text{ g}$)

ফসফরিক এসিড ($\text{H}_3\text{PO}_4$) $40\text{ g}$

🧪 বিক্রিয়া পাত্র

• ক. জারণ সংখ্যা কাকে বলে?
• খ. স্থূল সংকেত ও আণবিক সংকেতের মধ্যে পার্থক্য লেখ।
• গ. উদ্দীপকের উৎপন্ন লবণটির পরিমাণ হিসাব কর।
• ঘ. উদ্দীপকের উৎপন্ন লবণটির ২ লিটার সে. মি. মোলার দ্রবণ তুমি কীভাবে তৈরি করবে? তোমার মতামত দাও।

✅ ৬ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) জারণ সংখ্যা-এর সংজ্ঞা:

যৌগ বা মূলক গঠনের সময় কোনো মৌলের একটি পরমাণু অন্য পরমাণুকে যে কয়টি ইলেকট্রন দান করে বা অন্য পরমাণু হতে যে কয়টি ইলেকট্রন গ্রহণ করে ধনাত্মক বা ঋণাত্মক চার্জযুক্ত হয়, চিন্হসহ সেই সংখ্যাকে ঐ মৌলের জারণ সংখ্যা (Oxidation Number) বলে।

🎯 (খ) স্থূল সংকেত ও আণবিক সংকেতের মধ্যে পার্থক্য:

স্থূল সংকেত (Empirical Formula)	আণবিক সংকেত (Molecular Formula)
১. যৌগের অণুতে বিদ্যমান পরমাণুসমূহের ক্ষুদ্রতম সরল অনুপাত প্রকাশ করে।	১. যৌগের একটি অণুতে বিদ্যমান পরমাণুসমূহের প্রকৃত সংখ্যা প্রকাশ করে।
২. একাধিক যৌগের স্থূল সংকেত একই হতে পারে (যেমন: ইথিন $\text{C}_2\text{H}_4$ ও প্রোপিন $\text{C}_3\text{H}_6$ উভয়েরই স্থূল সংকেত $\text{CH}_2$)।	২. প্রতিটি নির্দিষ্ট যৌগের আণবিক সংকেত সুনির্দিষ্ট থাকে।
৩. কেবল শতকরা সংযুক্তি জানলেই স্থূল সংকেত নির্ণয় করা যায়।	৩. আণবিক সংকেত নির্ণয়ে শতকরা সংযুক্তির পাশাপাশি আণবিক ভর জানা আবশ্যক।

🎯 (গ) উদ্দীপকের উৎপন্ন লবণটির পরিমাণ হিসাব:

উদ্দীপকে কস্টিক সোডা ($\text{NaOH}$) এবং ফসফরিক এসিড ($\text{H}_3\text{PO}_4$)-এর বিক্রিয়ায় সোডিয়াম ফসফেট ($\text{Na}_3\text{PO}_4$) লবণ ও পানি উৎপন্ন হয়: $$3\text{NaOH} + \text{H}_3\text{PO}_4 \longrightarrow \text{Na}_3\text{PO}_4 + 3\text{H}_2\text{O}$$

সমীকরণ অনুযায়ী ভর হিসাব:
• $3\text{ mol}$ $\text{NaOH}$-এর ভর $= 3 \times (23 + 16 + 1) = 3 \times 40 = 120\text{ g}$
• $1\text{ mol}$ $\text{H}_3\text{PO}_4$-এর ভর $= (1 \times 3) + 31 + (16 \times 4) = 98\text{ g}$
• $1\text{ mol}$ উৎপন্ন লবণ $\text{Na}_3\text{PO}_4$-এর ভর $= (23 \times 3) + 31 + (16 \times 4) = 164\text{ g}$

লিমিটিং বিক্রিয়ক নির্ণয়:
সমীকরণ মতে, $120\text{ g}$ $\text{NaOH}$ বিক্রিয়া করে $= 98\text{ g}$ $\text{H}_3\text{PO}_4$-এর সাথে
$\therefore 30\text{ g}$ $\text{NaOH}$ বিক্রিয়া করবে $= \frac{98 \times 30}{120} = 24.5\text{ g}$ $\text{H}_3\text{PO}_4$-এর সাথে।
যেহেতু পাত্রে $\text{H}_3\text{PO}_4$ আছে $40\text{ g}$ (প্রয়োজনের চেয়ে বেশি), তাই $\text{NaOH}$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক।

উৎপন্ন লবণের পরিমাণ:
$120\text{ g}$ $\text{NaOH}$ হতে $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণ উৎপন্ন হয় $= 164\text{ g}$
$\therefore 30\text{ g}$ $\text{NaOH}$ হতে $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণ উৎপন্ন হবে $= \frac{164 \times 30}{120} = 41\text{ g}$।

উত্তর: উদ্দীপকের বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণের ($\text{Na}_3\text{PO}_4$) পরিমাণ $41\text{ g}$।

🎯 (ঘ) উৎপন্ন লবণটির ২ লিটার সেমিমোলার দ্রবণ প্রস্তুতির কৌশল ও মতামত:

প্রয়োজনীয় উপাত্ত:
• প্রস্তুতির জন্য নির্ধারিত আয়তন, $V = 2\text{ L} = 2000\text{ mL}$
• সেমিমোলার দ্রবণের ঘনমাত্রা, $S = 0.5\text{ M}$
• লবণ $\text{Na}_3\text{PO}_4$-এর আণবিক ভর, $M = 164\text{ g/mol}$
• 'গ' হতে প্রাপ্ত উৎপন্ন লবণের ভর $= 41\text{ g}$

$2\text{ L}$ বা $2000\text{ mL}$ সেমিমোলার ($0.5\text{ M}$) দ্রবণ তৈরিতে প্রয়োজনীয় $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণের ভর, $$W = \frac{S \times M \times V}{1000} = \frac{0.5 \times 164 \times 2000}{1000} = 164\text{ g}$$ বিশ্লেষণ ও মতামত:
১. দেখা যাচ্ছে, $2\text{ L}$ সেমিমোলার দ্রবণ তৈরি করতে মোট $164\text{ g}$ $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণ প্রয়োজন, কিন্তু উদ্দীপকের বিক্রিয়া হতে লবণ পাওয়া গেছে মাত্র $41\text{ g}$।
২. সুতরাং, $2\text{ L}$ সেমিমোলার দ্রবণ প্রস্তুত করতে হলে উদ্দীপকের প্রাপ্ত $41\text{ g}$ লবণের সাথে বাইরে থেকে আরও $(164 - 41) = 123\text{ g}$ বিশুদ্ধ $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণ যোগ করে মোট $164\text{ g}$ লবণকে একটি $2\text{ L}$ আয়তনমিতিক ফ্লাস্কে নিয়ে পাতিত পানি যোগ করে দাগ পর্যন্ত ($2000\text{ mL}$) পূর্ণ করতে হবে।
৩. অন্যথায়, শুধুমাত্র উদ্দীপকের প্রাপ্ত $41\text{ g}$ লবণ ব্যবহার করলে সর্বোচ্চ $V = \frac{1000 \times 41}{0.5 \times 164} = 500\text{ mL}$ (বা $0.5\text{ L}$) সেমিমোলার দ্রবণ তৈরি করা সম্ভব হবে।

মতামত: উৎপন্ন $41\text{ g}$ লবণের সাথে আরও $123\text{ g}$ অতিরিক্ত $\text{Na}_3\text{PO}_4$ লবণ যুক্ত করে $2000\text{ mL}$ জলীয় দ্রবণ তৈরি করলেই ২ লিটার সেমিমোলার দ্রবণ প্রস্তুত হবে।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৭

উদ্দীপক: $28.5\text{ g}$ অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ও $54.75\text{ g}$ হাইড্রোক্লোরিক এসিডের মধ্যে বিক্রিয়া ঘটানো হলো।

• ক. নিঃসরণ কাকে বলে?
• খ. ধাতব বন্ধন বলতে কী বোঝায়?
• গ. কোন বিক্রিয়ক কী পরিমাণ অবশিষ্ট থাকবে?
• ঘ. উৎপন্ন লবণ দিয়ে কত আয়তনের সেমিমোলার দ্রবণ তৈরি সম্ভব?

✅ ৭ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) নিঃসরণ-এর সংজ্ঞা:

বাহ্যিক চাপের প্রভাবে সরু ছিদ্রপথে কোনো গ্যাসীয় পদার্থের উচ্চচাপ অঞ্চল থেকে নিম্নচাপ অঞ্চলের দিকে সজোরে বেরিয়ে আসার প্রক্রিয়াকে নিঃসরণ (Effusion) বলে।

🎯 (খ) ধাতব বন্ধন-এর ব্যাখ্যা:

কঠিন ধাতব খণ্ডে পরমাণুগুলো তাদের সর্ববহিঃস্থ স্তরের যোজনী ইলেকট্রন ত্যাগ করে ধনাত্মক পারমাণবিক শাঁসে (Atomic Core) পরিণত হয় এবং ত্যাগকৃত সঞ্চারণশীল ইলেকট্রনগুলো পারমাণবিক শাঁসের মধ্যবর্তী স্থানে মুক্তভাবে চলাচল করে। এই ধনাত্মক পারমাণবিক শাঁস এবং সঞ্চারণশীল মুক্ত ইলেকট্রন মেঘের মধ্যকার স্থির বৈদ্যুতিক আকর্ষণ বলের মাধ্যমে ধাতব পরমাণুগুলো পরস্পর যে বন্ধনে আবদ্ধ থাকে, তাকে ধাতব বন্ধন (Metallic Bond) বলে।

🎯 (গ) অবশিষ্ট বিক্রিয়কের প্রকৃতি ও পরিমাণ নির্ণয়:

অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ($\text{Al}_2\text{O}_3$) ও হাইড্রোক্লোরিক এসিড ($\text{HCl}$)-এর মধ্যকার বিক্রিয়া: $$\text{Al}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \longrightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$

সমীকরণ অনুযায়ী ভর হিসাব:
• $1\text{ mol}$ $\text{Al}_2\text{O}_3$-এর ভর $= (27 \times 2) + (16 \times 3) = 54 + 48 = 102\text{ g}$
• $6\text{ mol}$ $\text{HCl}$-এর ভর $= 6 \times (1 + 35.5) = 6 \times 36.5 = 219\text{ g}$

সমীকরণ অনুসারে,
$219\text{ g}$ $\text{HCl}$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করে $= 102\text{ g}$ $\text{Al}_2\text{O}_3$-এর সাথে
$\therefore 54.75\text{ g}$ $\text{HCl}$ সম্পূর্ণরূপে বিক্রিয়া করবে $= \frac{102 \times 54.75}{219} = 25.5\text{ g}$ $\text{Al}_2\text{O}_3$-এর সাথে।

এখানে, $54.75\text{ g}$ $\text{HCl}$ সম্পূর্ণরূপে শেষ হয়ে যাবে (লিমিটিং বিক্রিয়ক) এবং অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ($\text{Al}_2\text{O}_3$) অবশিষ্ট থাকবে:
$$\text{অবশিষ্ট }\text{Al}_2\text{O}_3 = (28.5 - 25.5)\text{ g} = 3.0\text{ g}$$

উত্তর: বিক্রিয়া শেষে $3.0\text{ g}$ অ্যালুমিনিয়াম অক্সাইড ($\text{Al}_2\text{O}_3$) অবশিষ্ট থাকবে।

🎯 (ঘ) উৎপন্ন লবণ দিয়ে প্রস্তুতকৃত সেমিমোলার দ্রবণের আয়তন নির্ণয়:

বিক্রিয়ায় উৎপন্ন লবণটি হলো অ্যালুমিনিয়াম ক্লোরাইড ($\text{AlCl}_3$)।
$\text{AlCl}_3$-এর আণবিক ভর, $M = 27 + (35.5 \times 3) = 27 + 106.5 = 133.5\text{ g/mol}$।
সমীকরণ মতে, $2\text{ mol}$ $\text{AlCl}_3$-এর ভর $= 2 \times 133.5 = 267\text{ g}$।

এখন, লিমিটিং বিক্রিয়ক $\text{HCl}$ হতে উৎপন্ন লবণের ভর নির্ণয় করি:
$219\text{ g}$ $\text{HCl}$ হতে $\text{AlCl}_3$ লবণ উৎপন্ন হয় $= 267\text{ g}$
$\therefore 54.75\text{ g}$ $\text{HCl}$ হতে $\text{AlCl}_3$ লবণ উৎপন্ন হবে, $W = \frac{267 \times 54.75}{219} = 66.75\text{ g}$।

ধরি, $W = 66.75\text{ g}$ লবণ দ্বারা $S = 0.5\text{ M}$ (সেমিমোলার) ঘনমাত্রার $V\text{ mL}$ দ্রবণ তৈরি করা সম্ভব।
আমরা জানি, $$W = \frac{S \times M \times V}{1000}$$ $$\Rightarrow V = \frac{1000 \times W}{S \times M} = \frac{1000 \times 66.75}{0.5 \times 133.5} = \frac{66750}{66.75} = 1000\text{ mL} = 1\text{ L}$$

উত্তর: উৎপন্ন লবণ দিয়ে $1000\text{ mL}$ বা $1\text{ লিটার}$ আয়তনের সেমিমোলার দ্রবণ তৈরি সম্ভব।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৮

$2.21\text{ g}$ $\text{NaOH}$

🧪 পাত্র A

💧 উভয় পাত্রের আয়তন: $200\text{ mL}$

$5.73\text{ g}$ $\text{H}_3\text{PO}_4$

🧪 পাত্র B

• ক. লিমিটিং বিক্রিয়ক কাকে বলে?
• খ. $50\text{ L}$ নাইট্রোজেন গ্যাসের ভর নির্ণয় কর।
• গ. $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের দ্রবণের ঘনমাত্রা নির্ণয় কর।
• ঘ. $\text{A}$ পাত্রের দ্রবণের সাথে এসিটিক এসিডের $100\text{ mL}$ সেমিমোলার দ্রবণ বিক্রিয়া করে $4.02\text{ g}$ লবণ তৈরি করলে উৎপন্ন লবণটি অ্যানালার গ্রেডের কি না তা বিশ্লেষণ কর।

✅ ৮ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) লিমিটিং বিক্রিয়ক-এর সংজ্ঞা:

রাসায়নিক বিক্রিয়ায় একাধিক বিক্রিয়কের মধ্যে যে বিক্রিয়কটি বিক্রিয়া করে সবার আগে নিঃশেষ হয়ে যায় এবং বিক্রিয়া পাত্রে আর অবশিষ্ট থাকে না, তাকে লিমিটিং বিক্রিয়ক (Limiting Reactant) বলে।

🎯 (খ) $50\text{ L}$ নাইট্রোজেন ($\text{N}_2$) গ্যাসের ভর নির্ণয়:

নাইট্রোজেন ($\text{N}_2$) গ্যাসের আণবিক ভর, $M = 14 \times 2 = 28\text{ g/mol}$।
আমরা জানি, প্রমাণ অবস্থায় (STP-তে) যেকোনো গ্যাসের মোলার আয়তন $22.4\text{ L}$।
অর্থাৎ, STP-তে $22.4\text{ L}$ $\text{N}_2$ গ্যাসের ভর $= 28\text{ g}$
$\therefore 1\text{ L}$ $\text{N}_2$ গ্যাসের ভর $= \frac{28}{22.4}\text{ g}$
$\therefore 50\text{ L}$ $\text{N}_2$ গ্যাসের ভর $= \frac{28 \times 50}{22.4} = 62.5\text{ g}$।
(দ্রষ্টব্য: SATP বা কক্ষ তাপমাত্রায় মোলার আয়তন $24.789\text{ L}$ ধরলে ভর হবে $\frac{28 \times 50}{24.789} = 56.48\text{ g}$।)

উত্তর: প্রমাণ অবস্থায় $50\text{ L}$ নাইট্রোজেন গ্যাসের ভর $62.5\text{ g}$।

🎯 (গ) $\text{A}$ ও $\text{B}$ পাত্রের দ্রবণের ঘনমাত্রা নির্ণয়:

১. $\text{A}$ পাত্রের ($\text{NaOH}$) ক্ষেত্রে:
• দ্রবের ভর, $W_A = 2.21\text{ g}$
• $\text{NaOH}$-এর আণবিক ভর, $M_A = 23 + 16 + 1 = 40\text{ g/mol}$
• আয়তন, $V_A = 200\text{ mL}$
$$\therefore \text{ঘনমাত্রা, } S_A = \frac{1000 \times W_A}{M_A \times V_A} = \frac{1000 \times 2.21}{40 \times 200} = \frac{2210}{8000} = 0.27625\text{ M}$$ ২. $\text{B}$ পাত্রের ($\text{H}_3\text{PO}_4$) ক্ষেত্রে:
• দ্রবের ভর, $W_B = 5.73\text{ g}$
• $\text{H}_3\text{PO}_4$-এর আণবিক ভর, $M_B = (1 \times 3) + 31 + (16 \times 4) = 98\text{ g/mol}$
• আয়তন, $V_B = 200\text{ mL}$
$$\therefore \text{ঘনমাত্রা, } S_B = \frac{1000 \times W_B}{M_B \times V_B} = \frac{1000 \times 5.73}{98 \times 200} = \frac{5730}{19600} = 0.2923\text{ M}$$

উত্তর: $\text{A}$ পাত্রের ঘনমাত্রা $0.27625\text{ M}$ এবং $\text{B}$ পাত্রের ঘনমাত্রা $0.2923\text{ M}$।

🎯 (ঘ) উৎপন্ন লবণটি অ্যানালার (AnalaR) গ্রেডের কি না তা বিশ্লেষণ:

বিক্রিয়কসমূহের পরিমাণ:
• $\text{A}$ পাত্রে $\text{NaOH}$-এর ভর $= 2.21\text{ g}$; মোল সংখ্যা, $n_{\text{NaOH}} = \frac{2.21}{40} = 0.05525\text{ mol}$
• এসিটিক এসিড ($\text{CH}_3\text{COOH}$, আণবিক ভর $60\text{ g/mol}$)-এর $100\text{ mL}$ সেমিমোলার ($0.5\text{ M}$) দ্রবণে মোল সংখ্যা,
$n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = \frac{100 \times 0.5}{1000} = 0.05\text{ mol}$ (এবং ভর $= 0.05 \times 60 = 3.0\text{ g}$)

বিক্রিয়ার সমীকরণ: $$\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \longrightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}$$ এখানে উৎপন্ন লবণ সোডিয়াম ইথানোয়েট ($\text{CH}_3\text{COONa}$)-এর আণবিক ভর $= 12 + 3 + 12 + 32 + 23 = 82\text{ g/mol}$।
সমীকরণ অনুযায়ী $1\text{ mol}$ $\text{CH}_3\text{COOH}$ ঠিক $1\text{ mol}$ $\text{NaOH}$-এর সাথে বিক্রিয়া করে। যেহেতু $\text{CH}_3\text{COOH}$-এর মোল সংখ্যা ($0.05\text{ mol}$) $\text{NaOH}$-এর মোল সংখ্যা ($0.05525\text{ mol}$) অপেক্ষা কম, তাই $\text{CH}_3\text{COOH}$ হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক।

সুতরাং, $0.05\text{ mol}$ $\text{CH}_3\text{COOH}$ হতে তাত্ত্বিকভাবে উৎপন্ন $\text{CH}_3\text{COONa}$ লবণের ভর হওয়া উচিত: $$W_{\text{তাত্ত্বিক}} = 0.05 \times 82 = 4.10\text{ g}$$ কিন্তু বিক্রিয়ায় প্রকৃতপক্ষে প্রাপ্ত লবণের ভর $= 4.02\text{ g}$।

উৎপাদের শতকরা পরিমাণ (বিশুদ্ধতা) =

প্রাপ্ত উৎপাদের প্রকৃত ভর $\times 100\%$ উৎপাদের তাত্ত্বিক ভর

$$\therefore \text{শতকরা পরিমাণ} = \frac{4.02}{4.10} \times 100\% = 98.05\%$$ আমরা জানি, কোনো রাসায়নিক পদার্থ অ্যানালার (AnalaR) গ্রেডের হতে হলে তার বিশুদ্ধতার মাত্রা কমপক্ষে $99\%$ (সাধারণত $99.5\%$) হতে হয়। যেহেতু উৎপন্ন লবণের শতকরা পরিমাণ $98.05\%$ (যা $99\%$ অপেক্ষা কম), তাই লবণটি অ্যানালার গ্রেডের নয়।

সিদ্ধান্ত: উৎপন্ন লবণের শতকরা পরিমাণ $98.05\%$ হওয়ায় লবণটি অ্যানালার গ্রেডের নয়।

📌 সৃজনশীল প্রশ্ন - ৯

উদ্দীপক: $20\text{ g}$ ম্যাগনেসিয়াম ও $10\text{ g}$ অক্সিজেন একত্রে মিশ্রিত করে তাপ দেওয়া হলো। এই বিক্রিয়ার মাধ্যমে প্রত্যাশিত উৎপাদ পাওয়া যায়নি।

• ক. ধাতব বন্ধন কী?
• খ. উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি একটি সংযোজন বিক্রিয়া—ব্যাখ্যা কর।
• গ. $10\text{ g}$ উৎপাদে অণুর সংখ্যা নির্ণয় কর।
• ঘ. উদ্দীপকের বিক্রিয়া হতে প্রত্যাশিত পরিমাণ উৎপাদ না পাওয়ার কারণ বিশ্লেষণ কর।

✅ ৯ নং প্রশ্নের বিস্তারিত সমাধান

🎯 (ক) ধাতব বন্ধন-এর সংজ্ঞা:

কঠিন ধাতব খণ্ডে ধাতব পরমাণুসমূহ যে আকর্ষণ বলের মাধ্যমে পরস্পরের সাথে আবদ্ধ থাকে (ধনাত্মক পারমাণবিক শাঁস ও সঞ্চারণশীল মুক্ত ইলেকট্রনের মধ্যকার স্থির বৈদ্যুতিক আকর্ষণ বল), তাকে ধাতব বন্ধন বলে।

🎯 (খ) উদ্দীপকের বিক্রিয়াটি একটি সংযোজন বিক্রিয়া—ব্যাখ্যা:

যে রাসায়নিক বিক্রিয়ায় দুই বা ততোধিক মৌল বা যৌগ পরস্পর যুক্ত হয়ে একটিমাত্র নতুন যৌগ উৎপন্ন করে, তাকে সংযোজন বিক্রিয়া বলে।
উদ্দীপকে ম্যাগনেসিয়াম ($\text{Mg}$) ও অক্সিজেন ($\text{O}_2$) তাপের প্রভাবে সরাসরি যুক্ত হয়ে একটিমাত্র যৌগ ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড ($\text{MgO}$) গঠন করে: $$2\text{Mg} + \text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{MgO}$$ যেহেতু এখানে দুটি মৌলিক পদার্থ যুক্ত হয়ে একক উৎপাদ গঠন করেছে, তাই এটি একটি সংযোজন বিক্রিয়া (এবং একই সাথে সংশ্লেষণ বিক্রিয়া)।

🎯 (গ) $10\text{ g}$ উৎপাদে ($\text{MgO}$) অণুর সংখ্যা নির্ণয়:

উদ্দীপকের উৎপাদটি হলো ম্যাগনেসিয়াম অক্সাইড ($\text{MgO}$)।

• $\text{MgO}$-এর আণবিক ভর, $M = 24 + 16 = 40\text{ g/mol}$
• প্রদত্ত ভর, $W = 10\text{ g}$
• অ্যাভোগাড্রো সংখ্যা, $N_A = 6.023 \times 10^{23}\text{ টি/মোল}$

আমরা জানি, $40\text{ g}$ বা $1\text{ mol}$ $\text{MgO}$-এ অণু থাকে $= 6.023 \times 10^{23}$ টি
$\therefore 1\text{ g}$ $\text{MgO}$-এ অণু থাকে $= \frac{6.023 \times 10^{23}}{40}$ টি
$\therefore 10\text{ g}$ $\text{MgO}$-এ অণু থাকে $= \frac{6.023 \times 10^{23} \times 10}{40} = 1.50575 \times 10^{23}$ টি।

উত্তর: $10\text{ g}$ উৎপাদে অণুর সংখ্যা $1.50575 \times 10^{23}$ টি।

🎯 (ঘ) উদ্দীপকের বিক্রিয়া হতে প্রত্যাশিত পরিমাণ উৎপাদ না পাওয়ার কারণ বিশ্লেষণ:

বিক্রিয়ার সমতাযুক্ত সমীকরণ: $$2\text{Mg} + \text{O}_2 \xrightarrow{\Delta} 2\text{MgO}$$

সমীকরণ অনুযায়ী ভর অনুপাত:
• $2\text{ mol}$ $\text{Mg}$-এর ভর $= 2 \times 24 = 48\text{ g}$
• $1\text{ mol}$ $\text{O}_2$-এর ভর $= 16 \times 2 = 32\text{ g}$
• $2\text{ mol}$ $\text{MgO}$-এর ভর $= 2 \times (24 + 16) = 80\text{ g}$

গাণিতিক বিশ্লেষণ:
১. সমীকরণ মতে, $48\text{ g}$ $\text{Mg}$-কে সম্পূর্ণরূপে দহন করতে $\text{O}_2$ প্রয়োজন $= 32\text{ g}$
সুতরাং, উদ্দীপকের সম্পূর্ণ $20\text{ g}$ $\text{Mg}$-কে বিক্রিয়া করাতে $\text{O}_2$ প্রয়োজন $= \frac{32 \times 20}{48} = 13.33\text{ g}$ (যাতে প্রত্যাশিত উৎপাদ পাওয়া যেত $\frac{80 \times 20}{48} = 33.33\text{ g}$ $\text{MgO}$)।

২. কিন্তু বিক্রিয়া পাত্রে অক্সিজেন ($\text{O}_2$) দেওয়া হয়েছে মাত্র $10\text{ g}$, যা প্রয়োজনীয় পরিমাণের চেয়ে $(13.33 - 10) = 3.33\text{ g}$ কম। অর্থাৎ অক্সিজেন ($\text{O}_2$) হলো লিমিটিং বিক্রিয়ক।

৩. ফলে $10\text{ g}$ $\text{O}_2$ কেবল $\frac{48 \times 10}{32} = 15\text{ g}$ $\text{Mg}$-এর সাথে বিক্রিয়া করে $\frac{80 \times 10}{32} = 25\text{ g}$ $\text{MgO}$ উৎপন্ন করার পরই নিঃশেষ হয়ে যায় এবং $(20 - 15) = 5\text{ g}$ ম্যাগনেসিয়াম বিক্রিয়ায় অংশ না নিয়ে অবশিষ্ট থেকে যায়। এছাড়াও বিক্রিয়কে ভেজাল থাকা বা খোলা পাত্রে তাপ দেওয়ার সময় কিছু উৎপাদ অপচয় হওয়াও প্রত্যাশিত উৎপাদ না পাওয়ার অন্যতম কারণ।

সিদ্ধান্ত: বিক্রিয়ায় অক্সিজেন ($10\text{ g}$) লিমিটিং বিক্রিয়ক হিসেবে আগেভাগেই ফুরিয়ে যাওয়ায় $5\text{ g}$ $\text{Mg}$ অবিক্রিয়কৃত থেকে যায় এবং প্রত্যাশিত পরিমাণ উৎপাদ পাওয়া যায়নি।