সালফার (S) এর রসায়ন - অনুশীলন প্রশ্ন
বহু-নির্বাচনী প্রশ্ন (MCQs)
প্রশ্ন ১: সালফারের অ্যালোট্রোপস (বহুরূপী)
কোন সালফারের বহুরূপী 25°C কক্ষ তাপমাত্রায় স্থিতিশীল এবং S₈ বলয় হিসাবে বিদ্যমান থাকে? (A) মনোক্লিনিক সালফার (B) রম্বিক সালফার (C) প্লাস্টিক সালফার (D) কলোয়েডাল সালফার
সঠিক উত্তর: (B)
ব্যাখ্যা: আলফা-সালফার, যা রম্বিক সালফার নামেও পরিচিত, 95.6°C (কক্ষ তাপমাত্রা) এর নিচের তাপমাত্রায় সালফারের সবচেয়ে স্থিতিশীল বহুরূপী ফর্ম। এটি S₈ পাকানো বলয় কাঠামো নিয়ে গঠিত, যেখানে প্রতিটি সালফার পরমাণু অন্য দুটি সালফার পরমাণুর সাথে আবদ্ধ থাকে।
প্রশ্ন ২: SO₂ এর রেডক্স বৈশিষ্ট্য
সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) জারক এবং বিজারক উভয় হিসেবেই কাজ করতে পারে। নিম্নলিখিত বিক্রিয়াগুলির মধ্যে কোনটি এর বিজারক প্রকৃতিকে সবচেয়ে ভালোভাবে উদাহরণ দেয়? (A) SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O (B) SO₂ + Cl₂ → SO₂Cl₂ (C) SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (D) SO₂ + 2Mg → 2MgO + S
সঠিক উত্তর: (B)
ব্যাখ্যা: SO₂ কে বিজারক হিসেবে কাজ করতে হলে, সালফারের জারণ অবস্থা বাড়তে হবে।
- বিক্রিয়া (A) তে, সালফারের জারণ অবস্থা +4 (SO₂ তে) থেকে 0 (S এ) তে পরিবর্তিত হয়। এটি একটি বিজারণ, তাই SO₂ একটি জারক হিসেবে কাজ করে।
- বিক্রিয়া (B) তে, সালফারের জারণ অবস্থা +4 (SO₂ তে) থেকে +6 (SO₂Cl₂ তে) তে পরিবর্তিত হয়। এটি একটি জারণ, যার অর্থ SO₂ Cl₂ কে ইলেকট্রন দান করে একটি বিজারক হিসেবে কাজ করে।
- বিক্রিয়া (C) তে, SO₂ একটি ক্ষারকের সাথে অম্লীয় অক্সাইড হিসাবে বিক্রিয়া করে, যা একটি অ্যাসিড-ক্ষার বিক্রিয়া, প্রাথমিকভাবে রেডক্স বিক্রিয়া নয়।
- বিক্রিয়া (D) তে, সালফারের জারণ অবস্থা +4 (SO₂ তে) থেকে 0 (S এ) তে পরিবর্তিত হয়। এটি একটি বিজারণ, তাই SO₂ একটি জারক হিসেবে কাজ করে।
প্রশ্ন ৩: কন্টাক্ট প্রক্রিয়া বিস্তারিত
সালফিউরিক অ্যাসিড উৎপাদনের কন্টাক্ট প্রক্রিয়ায়, সালফার ট্রাই অক্সাইড (SO₃) সরাসরি জলে শোষিত না হয়ে 98% H₂SO₄ তে শোষিত হয়। এর প্রধান কারণ হল: (A) SO₃ জলে অদ্রবণীয়। (B) SO₃ এর জলের সাথে সরাসরি বিক্রিয়া অত্যন্ত তাপউৎপাদী, যা H₂SO₄ এর ঘন কুয়াশা তৈরি করে যা ঘনীভূত করা কঠিন। (C) 98% H₂SO₄ SO₃ এর হাইড্রেশনের জন্য একটি উন্নত অনুঘটক হিসেবে কাজ করে। (D) এই পদ্ধতি অর্থনৈতিকভাবে কম লাভজনক কিন্তু অতি-বিশুদ্ধ H₂SO₄ উৎপাদন করে।
সঠিক উত্তর: (B)
ব্যাখ্যা: SO₃ কে সরাসরি জলে শোষণ করলে একটি অত্যন্ত তাপউৎপাদী বিক্রিয়া ঘটে, যার ফলে সালফিউরিক অ্যাসিড কণার (H₂SO₄ কুয়াশা) একটি সূক্ষ্ম কুয়াশা তৈরি হয়। এই কুয়াশা ঘনীভূত করা এবং পৃথক করা কঠিন, যার ফলে পণ্যের উল্লেখযোগ্য ক্ষতি এবং পরিবেশগত উদ্বেগ সৃষ্টি হয়। SO₃ কে ঘন H₂SO₄ তে শোষণ করার মাধ্যমে, ওলিয়াম (H₂S₂O₇) গঠিত হয়: SO₃(g) + H₂SO₄(conc.) → H₂S₂O₇(l) (ওলিয়াম) এই ওলিয়ামকে তারপর একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ জল দিয়ে পাতলা করে কাঙ্ক্ষিত ঘনত্বের সালফিউরিক অ্যাসিড পাওয়া যায়: H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(l) এই দুই-ধাপের প্রক্রিয়া অ্যাসিড কুয়াশা তৈরি এড়ায় এবং দক্ষ উৎপাদন নিশ্চিত করে।
বিবৃতি-কারণ প্রশ্ন
নির্দেশিকা: নিম্নলিখিত প্রশ্নগুলিতে, একটি বিবৃতির (A) পরে একটি কারণের (R) বিবৃতি দেওয়া হয়েছে। নিচে প্রদত্ত বিকল্পগুলি থেকে সঠিক বিকল্পটি চিহ্নিত 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।
প্রশ্ন ১
বিবৃতি (A): H₂S, H₂O এর চেয়ে শক্তিশালী বিজারক। কারণ (R): H-S বন্ধনের বন্ধন বিচ্ছেদ এনথালপি H-O বন্ধনের চেয়ে কম।
সঠিক উত্তর: (A)
ব্যাখ্যা: অক্সিজেন থেকে সালফারের দিকে গ্রুপ 16 তে নিচে নামলে, পারমাণবিক আকার বৃদ্ধি পায়। ফলস্বরূপ, H-S বন্ধনের দৈর্ঘ্য H-O বন্ধনের দৈর্ঘ্যের চেয়ে বেশি হয়। এই বর্ধিত বন্ধন দৈর্ঘ্য H-O বন্ধনের তুলনায় H-S বন্ধনের বন্ধন বিচ্ছেদ এনথালপি হ্রাস করে (H-S বন্ধন এনথালপি প্রায় 347 kJ/mol, H-O বন্ধন এনথালপি প্রায় 463 kJ/mol)। একটি দুর্বল H-S বন্ধনের অর্থ হল এটি আরও সহজে ভাঙা যায়, যা সালফারকে সহজেই ইলেকট্রন হারাতে (জারিত হতে) এবং এইভাবে একটি শক্তিশালী বিজারক হিসেবে কাজ করতে দেয়। অতএব, H₂S, H₂O এর চেয়ে শক্তিশালী বিজারক, এবং H-S বন্ধনের কম বন্ধন বিচ্ছেদ এনথালপি এটি সঠিকভাবে ব্যাখ্যা করে।
প্রশ্ন ২
বিবৃতি (A): ঘন H₂SO₄ একটি শক্তিশালী নিরুদক। কারণ (R): ঘন H₂SO₄ এর জলের অণুর প্রতি তীব্র আকর্ষণ রয়েছে।
সঠিক উত্তর: (A)
ব্যাখ্যা: ঘন সালফিউরিক অ্যাসিডের জলের প্রতি অত্যন্ত তীব্র আকর্ষণ রয়েছে, প্রাথমিকভাবে উচ্চ হাইড্রেশন এনথালপির কারণে (অর্থাৎ, জলের সাথে তীব্র তাপউৎপাদী বিক্রিয়া)। এই বৈশিষ্ট্য এটিকে বিভিন্ন পদার্থ থেকে জল অপসারণে কার্যকর করে তোলে, যার মধ্যে জৈব যৌগ (যেমন, চিনির কার্বনীকরণ, ইথানলের নিরুদন) এবং এমনকি যৌগ থেকে জলের উপাদানও রয়েছে। জলের অণুর প্রতি এই তীব্র আকর্ষণই এটি একটি শক্তিশালী নিরুদক হিসেবে কাজ করার সঠিক কারণ।
সংক্ষিপ্ত উত্তর প্রশ্ন
প্রশ্ন ১: সালফার এবং অক্সিজেনে ক্যাটেনেশন
ব্যাখ্যা করুন কেন সালফার অক্সিজেনের চেয়ে অনেক বেশি পরিমাণে ক্যাটেনেশন প্রদর্শন করে।
আদর্শ উত্তর: ক্যাটেনেশন হল একটি মৌলের নিজের পরমাণুর সাথে বন্ধন তৈরি করার ক্ষমতা, যা শৃঙ্খল বা বলয় গঠনের দিকে পরিচালিত করে। অক্সিজেন এবং সালফার উভয়ই গ্রুপ 16 এর সদস্য, কিন্তু তাদের ক্যাটেনেশন ক্ষমতা উল্লেখযোগ্যভাবে ভিন্ন:
-
অক্সিজেন: অক্সিজেন খুব সীমিত ক্যাটেনেশন প্রদর্শন করে, প্রাথমিকভাবে O₂ অণু এবং, কিছুটা কম পরিমাণে, ওজোন (O₃) এবং হাইড্রোজেন পারক্সাইড (H₂O₂) গঠন করে। O-O একক বন্ধন এনথালপি (প্রায় 146 kJ/mol) তুলনামূলকভাবে কম। এটি অক্সিজেন পরমাণুর ছোট আকারের কারণে ঘটে, যা একটি শৃঙ্খলে সংলগ্ন অক্সিজেন পরমাণুগুলির মধ্যে শক্তিশালী নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন-জোড় বিকর্ষণ তৈরি করে, ফলে দীর্ঘ শৃঙ্খলগুলি অস্থির হয়।
-
সালফার: সালফার ব্যাপক ক্যাটেনেশন প্রদর্শন করে, স্থিতিশীল S₈ পাকানো বলয় (রম্বিক এবং মনোক্লিনিক সালফারে পাওয়া যায়) এবং এমনকি দীর্ঘ পলিমারিক শৃঙ্খল (যেমন প্লাস্টিক সালফারে) গঠন করে। S-S একক বন্ধন এনথালপি (প্রায় 213 kJ/mol) O-O বন্ধন এনথালপির চেয়ে উল্লেখযোগ্যভাবে বেশি। সালফারের বৃহত্তর পারমাণবিক আকার সংলগ্ন সালফার পরমাণুগুলির মধ্যে নিঃসঙ্গ ইলেকট্রন-জোড় বিকর্ষণ হ্রাস করে। এটি শক্তিশালী এবং আরও স্থিতিশীল S-S একক বন্ধন তৈরি করতে দেয়, যা বিভিন্ন এবং স্থিতিশীল বহু-পারমাণবিক কাঠামো গঠনে সহায়তা করে।
প্রশ্ন ২: সালফার ডাই অক্সাইডের অম্লীয় প্রকৃতি
সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) এর অম্লীয় প্রকৃতি বর্ণনা করুন। প্রাসঙ্গিক রাসায়নিক সমীকরণ লিখুন।
আদর্শ উত্তর: সালফার ডাই অক্সাইড (SO₂) একটি বৈশিষ্ট্যপূর্ণ অম্লীয় অক্সাইড। এর অম্লীয় প্রকৃতি নিম্নলিখিত বিক্রিয়াগুলি থেকে স্পষ্ট হয়:
-
জলের সাথে বিক্রিয়া: SO₂ জলে দ্রবীভূত হয়ে সালফিউরাস অ্যাসিড (H₂SO₃) তৈরি করে, যা একটি দুর্বল ডাইপ্রোটিক অ্যাসিড। এই কারণেই SO₂ এর জলীয় দ্রবণ নীল লিটমাসকে লাল করে। SO₂(g) + H₂O(l) ⇌ H₂SO₃(aq)
-
ক্ষারকের সাথে বিক্রিয়া: একটি অম্লীয় অক্সাইড হওয়ায়, SO₂ সহজেই ক্ষারকের সাথে বিক্রিয়া করে সালফাইট গঠন করে। উদাহরণস্বরূপ, এটি সোডিয়াম হাইড্রোক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া করে সোডিয়াম সালফাইট তৈরি করে: SO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₃(aq) + H₂O(l) যদি দ্রবণের মধ্য দিয়ে অতিরিক্ত SO₂ চালনা করা হয়, তাহলে সালফাইট আরও বিক্রিয়া করে একটি বাইসালফাইট তৈরি করতে পারে: Na₂SO₃(aq) + H₂O(l) + SO₂(g) → 2NaHSO₃(aq)
-
ক্ষারীয় অক্সাইডের সাথে বিক্রিয়া: SO₂ ক্ষারীয় অক্সাইডের সাথেও বিক্রিয়া করে সালফাইট তৈরি করে। এই বৈশিষ্ট্যটি শিল্প প্রক্রিয়াগুলিতে ব্যবহার করা হয় যেমন ফ্লু গ্যাস ডিসালফিউরাইজেশন, যেখানে SO₂ নিষ্কাশন গ্যাস থেকে ক্যালসিয়াম কার্বনেট (চুনাপাথর) বা ক্যালসিয়াম হাইড্রোক্সাইড (কলিচুন) এর সাথে বিক্রিয়া করে অপসারণ করা হয়: SO₂(g) + CaO(s) → CaSO₃(s) SO₂(g) + CaCO₃(s) → CaSO₃(s) + CO₂(g)
এই বিক্রিয়াগুলি সালফার ডাই অক্সাইডের অম্লীয় চরিত্র স্পষ্টভাবে প্রদর্শন করে।
উচ্চ-স্তরের চিন্তন দক্ষতা (HOTS) প্রশ্ন
প্রশ্ন: H₂S গ্যাস শুকানো
ঘন H₂SO₄ সাধারণত H₂S গ্যাস শুকানোর জন্য ব্যবহৃত হয় না। এর কারণ ব্যাখ্যা করুন, প্রাসঙ্গিক রাসায়নিক সমীকরণ সহ। যদি H₂SO₄ ব্যবহার না করা হয়, তাহলে অন্য কোন শুকানোর এজেন্ট ব্যবহার করা যেতে পারে?
বিস্তারিত রাসায়নিক ব্যাখ্যা: ঘন সালফিউরিক অ্যাসিড (H₂SO₄) একটি শক্তিশালী নিরুদক, কিন্তু এটি হাইড্রোজেন সালফাইড (H₂S) গ্যাস শুকানোর জন্য উপযুক্ত নয়। এর প্রধান কারণ হল, ঘন H₂SO₄ একটি শক্তিশালী জারকও বটে, যখন H₂S একটি শক্তিশালী বিজারক। এই দুটি পদার্থ যখন সংস্পর্শে আসে, তখন সাধারণ নিরুদনের পরিবর্তে একটি রেডক্স বিক্রিয়া ঘটে, যার ফলে H₂S এর ব্যবহার এবং অবাঞ্ছিত উপজাতগুলির সৃষ্টি হয়।
রাসায়নিক সমীকরণ: বিক্রিয়ায় H₂S এর জারণ (সালফারের জারণ অবস্থা -2 থেকে 0 তে পরিবর্তিত হয়) এবং H₂SO₄ এর বিজারণ (সালফারের জারণ অবস্থা +6 থেকে +4 তে পরিবর্তিত হয়) জড়িত। এই বিক্রিয়ার একটি সাধারণ উপস্থাপনা হল: H₂S(g) + H₂SO₄(conc.) → S(s) + SO₂(g) + 2H₂O(l) এই বিক্রিয়ায়, H₂S মৌলিক সালফারে (S) জারিত হয় এবং H₂SO₄ সালফার ডাই অক্সাইডে (SO₂) বিজারিত হয়। এটি কেবল H₂S কে শুকাতে ব্যর্থ হয় না বরং কঠিন সালফার এবং অন্য একটি গ্যাস (SO₂) উৎপাদন করে, যা প্রক্রিয়াটিকে জটিল করে তোলে।
বিকল্প শুকানোর এজেন্ট: যেহেতু H₂S একটি বিজারক এবং একটি দুর্বল অ্যাসিডও বটে, তাই উপযুক্ত শুকানোর এজেন্টগুলি অবশ্যই হবে:
- অ-জারক: রেডক্স বিক্রিয়া প্রতিরোধ করতে।
- অ-ক্ষারীয়: অ্যাসিড-ক্ষার বিক্রিয়া এড়াতে।
অতএব, নিরপেক্ষ এবং অ-জারক শুকানোর এজেন্টগুলি পছন্দনীয়। ভালো বিকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে:
- অনার্দ্র ফসফরাস পেন্টক্সাইড (P₂O₅): এটি একটি খুব কার্যকর নিরুদক এবং স্বাভাবিক অবস্থায় H₂S এর সাথে বিক্রিয়া করে না।
- অনার্দ্র ম্যাগনেসিয়াম সালফাইট (MgSO₄): একটি নিরপেক্ষ লবণ যা একটি ভালো শুকানোর এজেন্ট হিসেবে কাজ করে।
- সিলিকা জেল: সিলিকন ডাই অক্সাইডের একটি ছিদ্রযুক্ত রূপ যা কার্যকরভাবে আর্দ্রতা শোষণ করে।
গলিত অনার্দ্র ক্যালসিয়াম ক্লোরাইড (CaCl₂) সাধারণত এড়িয়ে চলা হয় কারণ এটি H₂S এর সাথে একটি অস্থির অ্যাডাক্ট (CaCl₂·xH₂S) তৈরি করতে পারে, যদিও এর বিক্রিয়া H₂SO₄ এর চেয়ে কম গুরুতর। H₂S শুকানোর জন্য সবচেয়ে সাধারণত প্রস্তাবিত এবং নিরাপদ বিকল্প হল অনার্দ্র P₂O₅।