HBSE 11th Class Chemistry Solutions Chapter 6 ऊष्मागतिकी

Haryana State Board HBSE 11th Class Chemistry Solutions Chapter 6 ऊष्मागतिकी Textbook Exercise Questions and Answers.

Haryana Board 11th Class Chemistry Solutions Chapter 6 ऊष्मागतिकी

सही उत्तर चुनिए-

प्रश्न 1.
ऊष्मागतिकी अवस्था फलन एक राशि है-
(i) जो ऊष्मा परिवर्तनों के लिए प्रयुक्त होती है।
(ii) जिसका मान पथ पर निर्भर नहीं करता है।
(iii) जो दाब – आयतन कार्य की गणना करने में प्रयुक्त होती है।
(iv) जिसका मान केवल ताप पर निर्भर करता है।
उत्तर:
(ii) जिसका मान पथ पर निर्भर नहीं करता है।

प्रश्न 2.
एक प्रक्रम के रूद्धोष्म परिस्थितियों के होने के लिए-
(i) ∆T = 0
(ii) ∆P = 0
(iii) q = 0
(iv) W = 0
उत्तर:
(iii) q = 0

प्रश्न 3.
सभी तत्वों की एन्थैल्पी उनकी सन्दर्भ – अवस्था में होती है-
(i) इकाई
(ii) शून्य
(iii) < 0
(iv) सभी तत्वों के लिए भिन्न होती है
उत्तर:
(iii) शून्य।

प्रश्न 4.
मेथेन के दहन के लिये ∆U° का मान – X kJ mol^-1 है, इसके लिये ∆H° का मान होगा-
(i) = ∆U°
(ii) > ∆U°
(iii) < ∆U°
(iv) = 0
उत्तर:
(iii) < ∆U°
मेथेन के दहन को निम्न अभिक्रिया द्वारा प्रदर्शित करते हैं-
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O_(l)
∆n_g = 1 – 3 = – 2
अतः
∆H^Θ = ∆U° + ∆n_g RT से
∆H^Θ < ∆U° (∵ ∆n_g = – 3)

प्रश्न 5.
मेथेन, ग्रेफाइट एवं डाई हाइड्रोजन के लिए 298 K पर एन्थैल्पी के मान क्रमश: – 890 kJ mol^-1 393.5 kJ mol^-1 एवं – 285.8 kJ mol^-1 है। CH₄(g) की विरचन एन्थैल्पी क्या होगी?
(i) – 74.8 kJ mol^-1
(ii) – 52.27 kJ mol^-1
(iii) – 74.8 kJ mol^-1
(iv) + 52.26 kJ mol^-1
उत्तर:
(i) – 74.8 kJ mol^-1
∆_fH^Θ(CH₄) = 2 ∆_cH^Θ (H₂) + ∆_cH^Θ(C) – ∆_cH^Θ (CH₄)
= 2 + (- 285.8) + (- 293.5) – (- 890.3)
= – 74 kJ mol^-1

प्रश्न 6.
एक अभिक्रिया A + B → C + D + q के लिए एन्ट्रॉपी परिवर्तन धनात्मक पाया गया है। यह अभिक्रिया सम्भव होगी-
(i) उच्च ताप
(ii) केवल निम्न ताप पर
(iii) किसी भी ताप पर नहीं
(iv) किसी भी ताप पर।
उत्तर:
(iv) किसी भी ताप पर।
क्योंकि अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है जिसके लिये (∆H < 0) तथा (AS > 0) इसलिये यह अभिक्रिया सभी तापों पर स्वतः प्रवर्तित होगी।

प्रश्न 7.
एक प्रक्रम में निकाय द्वारा 70 J ऊष्मा अवशोषित होती है एवं 394 J कार्य किया जाता है। इस प्रक्रम में आन्तरिक ऊर्जा में कितना परिवर्तन होगा ?
उत्तर:
निकाय द्वारा अवशोषित ऊष्मा (q) = 701 J
निकाय द्वारा किया गया कार्य (W) = 394 J
अतः आन्तरिक ऊर्जा में परिवर्तन (∆U) = g + w
= 701 + (- 394)
= 701394 = 307 J
इस प्रक्रम की आन्तरिक ऊर्जा में परिवर्तन 307 जूल होता है।

प्रश्न 8.
एक बम कैलोरीमीटर में NH₄CN (s) की अभिक्रिया डाई ऑक्सीजन के साथ की गई एवं ∆U का मान 742.7 kJ mol^-1 पाया गया (298K पर)। इस अभिक्रिया के लिए 298K पर एन्थैल्पी परिवर्तन ज्ञात कीजिए-
NH₂ CN(s) + \(\frac { 3 }{ 2 }\) O₂ (g) → N₂ (g) + CO₂ (g) + H₂O(l)
उत्तर:
अभिक्रिया NH₂ CN (s) + 2 O₂ (8) → N₂(g) + CO₂(g) + H₂O (l) के लिए
∆U = – 742.7 kJ mol^-1
∆n_g = 2 – \(\frac { 3 }{ 2 }\) = + \(\frac { 1 }{ 2 }\)
R = 8.314 × 10^-3 KJ K^-1 mol^-1
T = 298 K
∆H = ∆U + ∆n_gRT मान रखने पर
∆H = (- 742.7) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) (8.314 × 10^-3) × 298
= – 741 kJ mol^-1
अभिक्रिया के दौरान होने वाला परिवर्तन – 741 kJ mol^-1 है।

प्रश्न 9.
60.0 ग्राम एलुमिनियम का ताप 35°C से 55°C करने के लिये कितने kJ ऊष्मा की आवश्यकता होगी ? AI की मोलर ऊष्माधारिता 24 J moll K^-1 है।
उत्तर:
Al का द्रव्यमान = 60.0 ग्राम
ताप में वृद्धि ∆T = T₂ – T₁
= 55 – 35
= 20°C
या T₂ = 55 + 273
= 328K
T₁ = 35 + 273
= 308K
T₂ – T₁ = 328 – 308
= 20K
Al की मोलर ऊष्माधारिता = 24 J mol K^-1
Al का मोलर द्रव्यमान = 27g mol^-1
Al की विशिष्ट ऊष्माधारिता =\(\frac { 24 }{ 27 }\) Jg^-1 K^-1
आवश्यक ऊष्मा (q) = C x m + ∆T
= \(\frac { 24 }{ 27 }\) x 60.0 × 20
= 1065.6 J
= 1.067 kJ
1.067 kJ ऊष्मा की आवश्यकता होती है।

प्रश्न 10.
10-0°C पर 1 मोल जल की बर्फ जमाने पर एन्थैल्पी रिवर्तन की गणना कीजिए-
∆H_fus = 6.03 kJ mol^-1 0°C पर
C_p [H₂O (l)] = 75.3 mol^-1 K^-1
C_p [H₂O (s) = 360 J mol^-1 K^-1
उत्तर:

हैस के नियमानुसार,
ΔΗ = ΔH₁ + ΔH₂ + ΔH₃
∆H₁ = C_p [H₂O (l) ] × ΔT
= 75.3 J mol^-1 K^-1 ( 10K)
= 753 J mol
∆H₂ (ठोसीकरण) = – 6.03 kJ mol^-1
(चिन्ह परिवर्तित) = – 6030 J mol^-1
∆H₃ = Cp [H₂O (s)] × ∆T
= 36.8 J mol^-1 K^-1 (-10K )
= – 368 J mol^-1
∆H = (753 – 6030 – 368) J mol^-1
∆H = – 5635J mol^-1
= – 5.645 kJ mol^-1

प्रश्न 11.
CO₂ की दहन एन्थैल्पी 393.5 kJ mol^-1 हैं। कार्बन एवं ऑक्सीजन से 35.2 g CO₂ बनने पर उत्सर्जित ऊष्मा की गणना कीजिए।
उत्तर:
C(s) + O₂ (g) ⇒ CO₂ (g); ∆H° = 393 kJ mol^-1
∵ 44g CO₂ के निर्माण में मुक्त ऊर्जा = 393.5 kJ
∴ 35.2g CO₂ के निर्माण में मुक्त होने वाली ऊर्जा = \(\frac { 393.5×35.2 }{ 44 }\)
= 314.8 kJ
35.2g CO₂ के बनने में 314.8 kJ ऊर्जा मुक्त होती है।

प्रश्न 12.
CO(g), CO₂ (g), N₂O(g) एवं N₂O₄(g) की विरचन एन्थैल्पी क्रमश: – 110, – 393,81 एवं 9.7 kJ हैं। अभिक्रिया, N₂O_4(g) + 3CO(g) → N₂O_(g) + 3CO_2(g) के लिये ∆_rH^Θ का मान ज्ञात करें।
उत्तर:
N₂O_4(g) + 3CO_(g) → N₂O_(g) + 3CO_2(g)
∆_rH^Θ = (∆_fH^Θ (N₂O) + 3 × ∆_fH^Θ (CO₂)
– (∆_fH^ΘN₂O₄ + 3 × ∆_fH^Θ (CO)]
= [81 + (3 x 393)] – 9.7 + (3 x – 110)]
= [81 – 1179][9.7 – 330]
= – 777.7 kJ mol^-1

प्रश्न 13.
N₂ (g) + 3H₂(g) → 2NH₃ (g) ; ∆_rH^Θ = – 92.4 kJ mol^-1
गैस की विरचन एन्थैल्पी का मान क्या होगा?
उत्तर:
NH₃ गैस की मानक विरचन एन्थैल्पी
∆_fH^Θ (NH₃(g)) = \(\frac { -92.4 }{ 2 }\)
= – 46.2 kJ mol^-1
NH₃ की मानक विरचन एन्थैल्पी का मान – 46.2 kJ mol^-1 है।

प्रश्न 14.
निम्नलिखित आँकड़ों से CH₃ OH (l) की मानक विरचन एन्थैल्पी ज्ञात कीजिए-
CH₃ OH (l) + \(\frac { 3 }{ 2 }\) O₂ (g) → CO₂ (g) + 2H₂O (l)
∆_rH^Θ = – 726 kJ mol^-1
C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g),
∆_cH^Θ = – 393 kJ mol^-1
H₂ (g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) O₂ (g) H₂O (l)
∆_fH^Θ = – 286 kJ mol^-1
उत्तर:
CH₃OH (g) की मानक विरचन एन्थैल्पी निम्नलिखित समीकरण से ज्ञात की जा सकती है-
C(s) + 3H₂ (g) + O₂ (g) ⇒ CH₃OH (l) ∆_fH° = ?
दी गई समीकरण निम्न प्रकार है-
CH₃OH (l) + \(\frac { 3 }{ 2 }\) O₂ (g) ⇒ CO₂(g) + 2H₂O (l),
∆_rH^Θ = 726 kJ mol^-1 … (1)
C(s) + O₂ (g) = CO₂ (g),
∆_cH^Θ = 393 kJ mol^-1 … (2)
H₂(g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) O₂ (g) ⇒ H₂O (l),
∆_rH^Θ= – 286 kJ mol^-1 … (3)
समीकरण (3) को (2) से गुणा करके समीकरण (2) में जोड़ने पर,
C(s) + 2H₂ (g) + 2O₂ (g) ⇒ CO₂ (g) + 2H₂O (l),
∆_rH^Θ = (- 393 – 572)
= – 965 kJ mol^-1 … (4)
CH₃OH (l) + \(\frac { 3 }{ 2 }\) O₂ (g) ⇒ CO₂(g) + 2H₂O (l),
∆_rH^Θ = 726 kJ mol^-1
समीकरण (4) में समीकरण (1) घटाने पर,
C_(s) + 2H₂ (g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) O₂ (g) ⇒ CH₃OH (l),
∆_fH^Θ = – 239 kJ mol^-1
CH₃OH की मानक विरचन एन्थैल्पी का मान – 239 kJ mol^-1

प्रश्न 15.
CCl₄(g) → C(g) + 4Cl(g) अभिक्रिया के लिये एन्थैपी परिवर्तन ज्ञात कीजिए एवं CCl₄ में C – Cl की आबंध एन्थैल्पी की गणना कीजिए।
∆V_apH^Θ (CCl₄) = 30.5 kJ mol^-1
∆_fH^Θ (CCl₄) = 135.5 kJ mol^-1
∆_aH^Θ (C) = 715.0 kJ mol^-1)
यहाँ ∆_aH^Θ कन एन्थैल्पी है।
∆_aH^Θ(Cl₂) = 242 kJ mol^-1
उत्तर:
दिये गये मानों के लिये ऊष्मीय रासायनिक अभिक्रियाएँ निम्नलिखित हैं-
(i) CCl₄(g) → CCl₄ (g) ∆H₁ = 30.5kJ mol^-1
(ii) C(s) + 2Cl₂ (g) → CCl₄ (l) ; ∆H₂ = 135.5kJ mol^-1
(iii) C(s) → C(g) ; ∆H₃ = 715.0kJ mol^-1
(iv) Cl₂(g) → 2Cl(g) ; ∆H₄ = 242 kJ mol^-1
प्रश्नानुसार, CCl₄(g) → C(g) +4Cl(g) ; ∆H = ?
समी. (iii) + 2 x समी. (iv) – समी. (i) समी. (ii)
∆H = ∆H₃ + 2∆H₄ – ∆H₁ – ∆H₂
∆H = 715.0 + 2 (242) 30.5 – ( – 135.5 ) kJ mol^-1
= 1304 kJ mol^-1
CCl₄ में C – CI की बन्ध एन्थैल्पी ( औसत मान )
= \(\frac { 1304 }{ 4 }\)
= 326 kJ mol^-1
C – Cl की बन्ध एन्थैल्पी का मान 326 kJmol^-1 है।

प्रश्न 16.
एक विलगित निकाय के लिए ∆U = 0, इसके लिए ∆S क्या होगा?
उत्तर:
∆S शून्य से अधिक होगा क्योंकि विलगित निकाय में यदि दो गैसों को मिश्रित किया जाता है तो ∆U = 0 परन्तु एन्ट्रॉपी बढ़ती है । अत: ∆S शून्य से अधिक होगा।

प्रश्न 17.
298 K पर अभिक्रिया 2A + B → C के लिए ∆H = 400kl mol^-1 एवं ∆S = 0.2kJK^-1 mor ∆H एवं ∆S को ताप विस्तार में स्थिर मानते हुए बताइए कि किस ताप पर अभिक्रिया स्वतः होगी?
उत्तर:
2A + B → C
∆H = 400kJ mol^-1
AS = 0.2kJmol^-1
∆G = ∆H – T ∆ S
0 = 400 2.0 X T (∵ ∆G = 0 साम्यावस्था)
0.2T = 400
T = \(\frac { 400 }{ 0.2 }\) = 2000K
2000 K से अधिक ताप पर अभिक्रिया स्वतः होगी।

प्रश्न 18.
अभिक्रिया 2Cl (g) →Cl₂ (g) के लिए ∆H एवं ∆S के चिन्ह क्या होंगे ?
उत्तर:
∆H = – ve
AS = – ve
अभिक्रिया में आबन्धों का निर्माण होने से यह अभिक्रिया ऊष्माक्षेपी है। Cl परमाणु के 2 क्लोरीन, क्लोरीन अणु के एक मोल की तुलना में अधिक एन्ट्रॉपी रखते हैं।

प्रश्न 19.
अभिक्रिया 2A (g) + B (g) → 2D (g) के लिए AU° = – 10.5 kJ उवं ∆S° = 44.1 JK^-1 अभिक्रिया के लिए ∆G° की गणना कीजिए और बताइए कि क्या अभिक्रिया स्वतः प्रवर्तित हो सकती है?
उत्तर:
2A (g) + B (g) → 2D(g)
∆H° = ∆U° + ∆n_g RT
∆U° = – 10.5 kJ mol^-1
∆n_g = 2 – 3 = -1
R = 8.314 × 10^-3 kJ K^-1 mol^-1
T = 298K
∴ ∆H° = (- 10.5 kJ mol^-1) + [(- 1) × (8.314 × 10^-3 kJ mol^-1 K^-1 x (298K)]
= – 10.5 kJ mol^-1 – 2.478 kJmol^-1
= – 12.978 kJ mol^-1
गिब्स हैल्महोल्ट्ज समीकरण के अनुसार,
∆G° = ∆H° – T∆S°
∆G° = (- 12.978 kJ mol^-1 ) – ( 298K) × (- 0.44K JK^-1 mol^-1)
= – 12.978 + 13.112
= + 0.134 kJ mol^-1
चूँकि ∆G° धनात्मक है अतः अभिक्रिया की प्रकृति स्वतः प्रवर्तित नहीं होगी।

प्रश्न 20.
300K पर एक अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक 10 है। ∆G° का मान क्या होगा?
(R = 8.314 JK^-1 mol’)
उत्तर”
∆G° = – RT In K = 2.303 RT log K_p
R = 8.314 JK^-1 mol^-1
T = 300K
K_p = 10
∆G° = – 2.303 × (8.314 JK^-1 mol^-1 ) x (300K ) log 10
= – 5744.14 J mol^-1
= – 5.744 kJ mol^-1

प्रश्न 21.
निम्नलिखित अभिक्रियाओं के आधार पर NO (g) तथा NO₂ (g) की ऊष्मागतिकी पर टिप्पणी कीजिए-
(i) \(\frac { 1 }{ 2 }\) N₂(g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) O₂ (g) → NO(g); ∆_rH^Θ = 90 kJ mol^-1
(ii) NO(g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\)O₂ (g) → NO₂(g); ∆_rH^Θ = – 74 kJ mol^-1
उत्तर:
(i) \(\frac { 1 }{ 2 }\) N₂(g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\) O₂ (g) → NO(g); ∆_rH^Θ = 90 kJ mol^-1
चूँकि यहाँ ∆_rH^Θ धनात्मक है अत: NO ऊष्मागतिक रूप से स्थायी नहीं है। अतः इसका निर्माण एक ऊष्माशोषी प्रक्रम है।

(ii) NO(g) + \(\frac { 1 }{ 2 }\)O₂ (g) → NO₂(g); ∆_rH^Θ = – 74 kJ mol^-1
NO का NO₂ में ऑक्सीकरण एक ऊष्माक्षेपी प्रक्रम है क्योंकि ∆H_r° – ऋणात्मक है इसलिए NO₂ ऊष्मागतिक रूप से स्थायी है।

प्रश्न 22.
जब 1.00 mol H₂O (1) को मानक परिस्थितियों में विरचित किया जाता है तब परिवेश के एन्ट्रॉपी परिवर्तन की गणना कीजिए। ∆_fH^Θ = – 286kJ mol^-1
उत्तर:
H₂O(l) की ∆_fH^Θ = – 268 kJ mol^-1
जो कि परिवेश में ऊष्मा उत्सर्जन को बताता है,
q_(surr) = H₂O के लिए – ∆_fH^Θ
= – (- 268 kJ mol^-1 )
= + 286 kJ mol^-1
∆S_surr = \(\frac{q_{\text {(surr) }}}{\mathrm{T}}\)
= \(\frac{286 \times 10^3\left(\mathrm{~J} \mathrm{~mol}^{-1}\right)}{298 \cdot 15(\mathrm{~K})}\)
= 959.24 JK^-1 mol^-1