নাইট্রোজেনের রসায়ন (N) অনুশীলন প্রশ্ন

বহু নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)

1. নিম্নলিখিত বিবৃতিগুলির মধ্যে কোনটি কক্ষ তাপমাত্রায় ডাইনাইট্রোজেন (N$_2$) এর নিষ্ক্রিয়তাকে সবচেয়ে ভালোভাবে ব্যাখ্যা করে?

A) নাইট্রোজেনের পারমাণবিক আকার ছোট। B) নাইট্রোজেনের উচ্চ তড়িৎ ঋণাত্মকতা রয়েছে। C) N$_2$-এর মধ্যে N≡N বন্ধনের বন্ধন বিয়োজন এনথালপি অত্যন্ত বেশি। D) নাইট্রোজেন একটি অধাতু।

Solution: C Explanation: ডাইনাইট্রোজেন (N$_2$) একটি ত্রি-বন্ধন (N≡N) ধারণ করে, যা অত্যন্ত শক্তিশালী। N≡N বন্ধনের বন্ধন বিয়োজন এনথালপি প্রায় 946 kJ/mol, যা একটি দ্বিপরমাণুক অণুর জন্য জ্ঞাত সর্বোচ্চ মানগুলির মধ্যে অন্যতম। এই বন্ধন ভাঙতে প্রয়োজনীয় এই উচ্চ শক্তি N$_2$ কে রাসায়নিকভাবে নিষ্ক্রিয় এবং কক্ষ তাপমাত্রায় বিক্রিয়াহীন করে তোলে।

2. অ্যামোনিয়াম নাইট্রেট (NH$_4$NO$_3$) এ নাইট্রোজেনের জারণ অবস্থা কত?

A) +5 এবং -3 B) +3 এবং -5 C) +1 এবং -1 D) +4 এবং -4

Solution: A Explanation: অ্যামোনিয়াম নাইট্রেট একটি আয়নিক যৌগ যা অ্যামোনিয়াম আয়ন (NH_4$$^+) এবং নাইট্রেট আয়ন (NO_3$$^-) দ্বারা গঠিত। NH_4$$^+ এ: N এর জারণ অবস্থা ‘x’ ধরুন। x + 4(+1) = +1 => x + 4 = +1 => x = -3। NO_3$$^- এ: N এর জারণ অবস্থা ‘y’ ধরুন। y + 3(-2) = -1 => y - 6 = -1 => y = +5। অতএব, NH$_4$NO$_3$ এ নাইট্রোজেন দুটি ভিন্ন জারণ অবস্থা প্রদর্শন করে: অ্যামোনিয়াম আয়নে -3 এবং নাইট্রেট আয়নে +5।

3. অ্যামোনিয়া উৎপাদনের হেবার পদ্ধতির জন্য নিম্নলিখিত শর্তগুলির মধ্যে কোনটি সঠিক?

A) উচ্চ তাপমাত্রা, নিম্ন চাপ, প্রভাবকের উপস্থিতি। B) নিম্ন তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, প্রভাবকের অনুপস্থিতি। C) উচ্চ তাপমাত্রা, উচ্চ চাপ, প্রভাবকের উপস্থিতি। D) নিম্ন তাপমাত্রা, নিম্ন চাপ, প্রভাবকের উপস্থিতি।

Solution: C Explanation: হেবার পদ্ধতি (N$_2$(g) + 3H$_2$(g) ⇌ 2NH$_3$(g), ΔH = -92.4 kJ/mol) একটি তাপমোচী বিক্রিয়া যা মোল সংখ্যা হ্রাস করে। লে শ্যাটেলিয়ারের নীতি অনুসারে:

• তাপমাত্রা: যেহেতু বিক্রিয়াটি তাপমোচী, তাই একটি নিম্ন তাপমাত্রা অ্যামোনিয়া উৎপাদনে সহায়ক। তবে, অর্থনৈতিকভাবে কার্যকর বিক্রিয়ার হার অর্জনের জন্য, 673-773 K (400-500 °C) এর একটি আপোসময়ী তাপমাত্রা ব্যবহার করা হয়।
• চাপ: বিক্রিয়াটিতে মোল সংখ্যা হ্রাস পায় (বিক্রিয়কের 4 মোল থেকে উৎপাদের 2 মোল)। অতএব, উচ্চ চাপ অ্যামোনিয়া উৎপাদনে সহায়ক। সাধারণত, 200-300 atm চাপ ব্যবহার করা হয়।
• প্রভাবক: একটি আয়রন প্রভাবক (প্রায়শই মলিবডেনাম সহ একটি প্রোমোটার হিসাবে) বিক্রিয়ার হার বাড়ানোর জন্য ব্যবহৃত হয়, যা সাম্যাবস্থার অবস্থানকে প্রভাবিত না করে দ্রুত সাম্যাবস্থা অর্জনে সহায়তা করে।

সুতরাং, শর্তগুলির সঠিক সেট হল উচ্চ তাপমাত্রা (গতিগত অনুকূলতার সাপেক্ষে), উচ্চ চাপ এবং প্রভাবকের উপস্থিতি।

দাবি-কারণ প্রশ্ন

নির্দেশাবলী: নিম্নলিখিত প্রশ্নগুলিতে, একটি দাবির (A) পরে একটি কারণের (R) বিবৃতি দেওয়া হয়েছে। সঠিক বিকল্পটি নির্বাচন করুন। A) A এবং R উভয়ই সত্য, এবং R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা। B) A এবং R উভয়ই সত্য, কিন্তু R হল A এর সঠিক ব্যাখ্যা নয়। C) A সত্য, কিন্তু R মিথ্যা। D) A মিথ্যা, কিন্তু R সত্য।

1. দাবি (A): ডাইনাইট্রোজেন (N$_2$) সাদা ফসফরাস (P$_4$) এর চেয়ে কম বিক্রিয়াশীল।

কারণ (R): নাইট্রোজেনের একটি শক্তিশালী N≡N বন্ধন রয়েছে এবং ফসফরাসের মতো বন্ধন প্রসারণের জন্য d-অরবিটাল নেই।

Solution: A Explanation:

• দাবি (A): ডাইনাইট্রোজেন প্রকৃতপক্ষে সাদা ফসফরাসের চেয়ে কম বিক্রিয়াশীল। N$_2$ কক্ষ তাপমাত্রায় বেশ নিষ্ক্রিয়, যেখানে সাদা ফসফরাস অত্যন্ত বিক্রিয়াশীল এবং বাতাসে স্বতঃস্ফূর্তভাবে জ্বলে ওঠে।
• কারণ (R): ডাইনাইট্রোজেনের N≡N ত্রি-বন্ধনের বন্ধন বিয়োজন এনথালপি (946 kJ/mol) ব্যতিক্রমীভাবে বেশি, যা এটিকে ভাঙ্গা কঠিন করে তোলে। এটি এর নিষ্ক্রিয়তার প্রাথমিক কারণ। উপরন্তু, নাইট্রোজেনের যোজ্যতা কক্ষে সহজলভ্য d-অরবিটাল নেই, যা এটিকে তার অষ্টক প্রসারণ করতে এবং চারটি বেশি বন্ধন গঠন করতে বাধা দেয়। অন্যদিকে, ফসফরাসের খালি d-অরবিটাল রয়েছে, যা এটিকে চারটি বেশি বন্ধন (যেমন PCl$_5$) তৈরি করতে এবং বিস্তৃত পরিসরের বিক্রিয়ায় অংশ নিতে সক্ষম করে। P$_4$ এ P-P একক বন্ধনটিও N≡N ত্রি-বন্ধনের চেয়ে দুর্বল। A এবং R উভয়ই সত্য, এবং R সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করে কেন N$_2$ কম বিক্রিয়াশীল।

2. দাবি (A): গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে।

কারণ (R): গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিডে, নাইট্রোজেন তার সর্বোচ্চ সম্ভাব্য জারণ অবস্থা +5 এ থাকে।

Solution: A Explanation:

• দাবি (A): গাঢ় নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO$_3$) একটি শক্তিশালী জারক পদার্থ, যা অনেক ধাতু (Au, Pt এর মতো উন্নত ধাতু ছাড়া) এবং অধাতুকে জারিত করতে সক্ষম।
• কারণ (R): HNO$_3$ এ, নাইট্রোজেনের জারণ অবস্থা গণনা করা হয় এভাবে: x + 1(+1) + 3(-2) = 0 => x - 5 = 0 => x = +5। এটি নাইট্রোজেনের সর্বোচ্চ সম্ভাব্য জারণ অবস্থা। যেহেতু নাইট্রোজেন ইতিমধ্যেই তার সর্বোচ্চ জারণ অবস্থায় রয়েছে, তাই এটি কেবল তার জারণ অবস্থা হ্রাস করতে পারে, যার অর্থ এটি কেবল বিজারিত হতে পারে। যে প্রজাতিগুলি বিজারিত হয় তারা জারক পদার্থ হিসাবে কাজ করে। A এবং R উভয়ই সত্য, এবং R A এর সঠিক ব্যাখ্যা প্রদান করে।

সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্ন

1. অ্যামোনিয়া (NH$_3$) কেন একটি লুইস ক্ষারক হিসাবে কাজ করে ব্যাখ্যা করুন।

মডেল উত্তর: অ্যামোনিয়া (NH$_3$) একটি লুইস ক্ষারক হিসাবে কাজ করে কারণ নাইট্রোজেন পরমাণুতে একটি নিঃসঙ্গ ইলেক্ট্রন জোড় থাকে। লুইস তত্ত্ব অনুসারে, একটি লুইস ক্ষারক হল এমন একটি প্রজাতি যা একজোড়া ইলেক্ট্রন দান করতে পারে। অ্যামোনিয়াতে নাইট্রোজেন পরমাণুর পাঁচটি যোজ্যতা ইলেক্ট্রন থাকে; তিনটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধন তৈরি করে, একটি নিঃসঙ্গ ইলেক্ট্রন জোড় বাকি থাকে। এই সহজলভ্য নিঃসঙ্গ ইলেক্ট্রন জোড় একটি ইলেক্ট্রন-ঘাটতিপূর্ণ প্রজাতিকে (একটি লুইস অ্যাসিড) দান করা যেতে পারে, যার ফলে একটি সন্নিবেশ সমযোজী বন্ধন তৈরি হয়। উদাহরণস্বরূপ: NH$_3$ + H$^+$ → NH_4$$^+ (অ্যামোনিয়া তার নিঃসঙ্গ জোড় H$^+$ কে দান করে) NH$_3$ + BF$_3$ → H$_3$N → BF$_3$ (অ্যামোনিয়া তার নিঃসঙ্গ জোড় ইলেক্ট্রন-ঘাটতিপূর্ণ BF$_3$ কে দান করে)

2. নাইট্রিক অ্যাসিড তৈরির জন্য ওস্টওয়াল্ড প্রক্রিয়ায় জড়িত প্রধান ধাপগুলি বর্ণনা করুন।

মডেল উত্তর: ওস্টওয়াল্ড প্রক্রিয়া হল অ্যামোনিয়া (NH$_3$) থেকে নাইট্রিক অ্যাসিড (HNO$_3$) তৈরির একটি শিল্প পদ্ধতি। এতে তিনটি প্রধান ধাপ জড়িত:

1. অ্যামোনিয়ার প্রভাবকীয় জারণ: অ্যামোনিয়া গ্যাস, বায়ু (বা অক্সিজেন) এর সাথে মিশ্রিত হয়ে, প্রায় 800-950 °C তাপমাত্রায় এবং 9 বার চাপে একটি উত্তপ্ত প্ল্যাটিনাম-রোডিয়াম জালের প্রভাবকের উপর দিয়ে চালনা করা হয়। অ্যামোনিয়া জারিত হয়ে নাইট্রিক অক্সাইড (NO) এবং জল উৎপন্ন করে। 4NH$_3$(g) + 5O$_2$(g) $\xrightarrow\{\text\{Pt/Rh gauze, 800-950°C\}\}$ 4NO(g) + 6H$_2$O(g)

2. নাইট্রিক অক্সাইডের জারণ: উৎপন্ন নাইট্রিক অক্সাইড (NO) ঠান্ডা করা হয় এবং তারপরে অতিরিক্ত বায়ু (বা অক্সিজেন) এর সাথে বিক্রিয়া করে নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO$_2$) তৈরি হয়। এই বিক্রিয়াটি তাপমোচী এবং স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটে। 2NO(g) + O$_2$(g) $\rightarrow$ 2NO$_2$(g)

3. জলে নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইডের শোষণ: নাইট্রোজেন ডাইঅক্সাইড (NO$_2$) তারপর একটি শোষণ টাওয়ারে জলে শোষিত হয়, সাধারণত জলের প্রবাহের বিপরীত দিকে। এই বিক্রিয়াটি নাইট্রিক অ্যাসিড উৎপন্ন করে এবং কিছু নাইট্রিক অক্সাইড পুনরুৎপন্ন করে। নাইট্রিক অক্সাইড তখন ধাপ 2 এ পুনর্ব্যবহৃত হয়। 3NO$_2$(g) + H$_2$O(l) $\rightarrow$ 2HNO$_3$(aq) + NO(g) প্রাপ্ত জলীয় নাইট্রিক অ্যাসিড সাধারণত ভর অনুসারে প্রায় 68% হয়।

উচ্চ-চিন্তন দক্ষতা (HOTS) প্রশ্ন

ব্যাখ্যা করুন কেন গ্রুপ 15 এর হাইড্রাইডগুলির (NH$_3$, PH$_3$, AsH$_3$, SbH$_3$, BiH$_3$) মধ্যে BiH$_3$ সবচেয়ে শক্তিশালী বিজারক পদার্থ, যেখানে NH$_3$ সবচেয়ে দুর্বল।

মডেল উত্তর: গ্রুপ 15 এর হাইড্রাইডগুলির (MH$_3$) বিজারক বৈশিষ্ট্য NH$_3$ থেকে BiH$_3$ পর্যন্ত গ্রুপের নিচের দিকে বৃদ্ধি পায়। এই প্রবণতা M-H বন্ধনের শক্তি এবং কেন্দ্রীয় পরমাণুর আকার বিবেচনা করে ব্যাখ্যা করা হয়।

1. বন্ধন বিয়োজন এনথালপি (M-H বন্ধন শক্তি): আমরা যখন গ্রুপ 15 এ নাইট্রোজেন থেকে বিসমাথের দিকে নিচে নামি, কেন্দ্রীয় পরমাণু (M) এর পারমাণবিক আকার উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়। ফলস্বরূপ, M-H বন্ধন দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পায় (যেমন, N-H বন্ধন Bi-H বন্ধনের চেয়ে ছোট)। একটি দীর্ঘ বন্ধন সাধারণত একটি দুর্বল বন্ধন নির্দেশ করে, কারণ কেন্দ্রীয় পরমাণু এবং হাইড্রোজেনের যোজ্যতা অরবিটালগুলির মধ্যে উপরিপাতন কম কার্যকর হয়। অতএব, M-H বন্ধনের বন্ধন বিয়োজন এনথালপি NH$_3$ থেকে BiH$_3$ পর্যন্ত ক্রমান্বয়ে হ্রাস পায়।

2. হাইড্রোজেন মুক্তির সহজতা: বিজারক পদার্থগুলি হল এমন পদার্থ যা ইলেক্ট্রন দান করে বা বিজারণের জন্য হাইড্রোজেন পরমাণু সরবরাহ করে (নিজেরাই জারিত হয়)। হাইড্রাইডগুলির ক্ষেত্রে, তাদের বিজারক ক্ষমতা হাইড্রোজেন পরমাণু মুক্ত করার সহজতার সাথে সম্পর্কিত। যেহেতু গ্রুপের নিচের দিকে M-H বন্ধন শক্তি হ্রাস পায়, তাই M-H বন্ধন ভাঙ্গা এবং হাইড্রোজেন মুক্ত করা ক্রমান্বয়ে সহজ হয়ে যায়।

3. হাইড্রাইডের স্থায়িত্ব: এই হাইড্রাইডগুলির তাপীয় স্থায়িত্বও একই প্রবণতা অনুসরণ করে, NH$_3$ থেকে BiH$_3$ পর্যন্ত হ্রাস পায়। NH$_3$ খুব স্থিতিশীল, যেখানে BiH$_3$ অত্যন্ত অস্থায়ী এবং উত্তপ্ত করলে সহজে বিসমাথ এবং হাইড্রোজেনে বিয়োজিত হয়।

উপসংহার:

• NH$_3$ (অ্যামোনিয়া): নাইট্রোজেনের ছোট আকার এবং কার্যকর অরবিটাল উপরিপাতনের কারণে এর সবচেয়ে শক্তিশালী N-H বন্ধন রয়েছে। এটি হাইড্রোজেন মুক্ত করা কঠিন করে তোলে, তাই এটি সবচেয়ে দুর্বল বিজারক পদার্থ (বা সবচেয়ে স্থিতিশীল)।
• BiH$_3$ (বিসমাথিন): বিসমাথের বৃহৎ আকার এবং দুর্বল অরবিটাল উপরিপাতনের কারণে এর সবচেয়ে দুর্বল Bi-H বন্ধন রয়েছে। এটি হাইড্রোজেন মুক্ত করা খুব সহজ করে তোলে, যার ফলে এটি সবচেয়ে শক্তিশালী বিজারক পদার্থ (বা সবচেয়ে কম স্থিতিশীল)।

বিজারক ক্ষমতার ক্রম হল: NH$_3$ < PH$_3$ < AsH$_3$ < SbH$_3$ < BiH$_3$।