કેલ્શિયમનું રસાયણશાસ્ત્ર (Ca) - પ્રેક્ટિસ પ્રશ્નો

બહુવિકલ્પ પ્રશ્નો (MCQs)

પ્રશ્ન 1

કેલ્શિયમ વિશે નીચેનામાંથી કયું વિધાન ખોટું છે?

A) તે ઠંડા પાણી સાથે સાધારણ પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોજન વાયુ મુક્ત કરે છે. B) તે હવામાં બળીને ઓક્સાઇડ અને નાઇટ્રાઇડનું મિશ્રણ બનાવે છે. C) તેના સંયોજનો સામાન્ય રીતે આયનીય પ્રકૃતિના હોય છે. D) તે એક પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે.

ઉકેલ: D

સમજૂતી: કેલ્શિયમ એક આલ્કલાઇન અર્થ મેટલ (સમૂહ 2 નું તત્વ) છે. ધાતુઓ, ખાસ કરીને s-બ્લોક તત્વો, ધન આયનો બનાવવા માટે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાનું વલણ ધરાવે છે. આ ગુણધર્મ તેમને પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ બનાવે છે, કારણ કે તેઓ પોતે ઓક્સિડાઇઝ થાય છે જ્યારે અન્ય પ્રજાતિઓને રિડ્યુસ કરે છે. તેથી, કેલ્શિયમ એક પ્રબળ રિડ્યુસિંગ એજન્ટ છે, ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ નથી.

• A) કેલ્શિયમ ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, જોકે સમૂહ 1 ની ધાતુઓ કરતાં ઓછી તીવ્રતાથી, Ca(OH)₂ અને H₂ વાયુ ઉત્પન્ન કરે છે.
• B) જ્યારે હવામાં બાળવામાં આવે છે, ત્યારે કેલ્શિયમ, કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (CaO) અને કેલ્શિયમ નાઇટ્રાઇડ (Ca₃N₂) બનાવે છે.
• C) કેલ્શિયમ અને અધાતુઓ વચ્ચેના નોંધપાત્ર વિદ્યુતઋણતા તફાવતને કારણે, તેના સંયોજનો (જેમ કે CaO, CaCl₂, CaCO₃) મુખ્યત્વે આયનીય હોય છે.

---

પ્રશ્ન 2

પ્લાસ્ટર ઓફ પેરિસ રાસાયણિક રીતે છે:

A) કેલ્શિયમ સલ્ફેટ ડાયહાઇડ્રેટ B) કેલ્શિયમ સલ્ફેટ હેમિહાઇડ્રેટ C) કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ D) કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ

ઉકેલ: B

સમજૂતી: પ્લાસ્ટર ઓફ પેરિસ એ કેલ્શિયમ સલ્ફેટ હેમિહાઇડ્રેટ છે, જેનું રાસાયણિક સૂત્ર CaSO₄·½H₂O છે. તે જિપ્સમ (CaSO₄·2H₂O) ને લગભગ 373 K (100°C) સુધી ગરમ કરીને તૈયાર કરવામાં આવે છે, જેના કારણે તે તેના સ્ફટિકીકરણના પાણીનો ત્રણ-ચતુર્થાંશ ભાગ ગુમાવે છે.

• કેલ્શિયમ સલ્ફેટ ડાયહાઇડ્રેટ એ જિપ્સમ (CaSO₄·2H₂O) છે.
• કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ એ ચાક, ચૂનાનો પત્થર અથવા આરસ (CaCO₃) છે.
• કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ (CaCl₂) એક ભેજશોષક ક્ષાર છે જેનો ઉપયોગ ઘણીવાર શુષ્કક તરીકે થાય છે.

---

પ્રશ્ન 3

પાણીની અસ્થાયી કઠિનતા મુખ્યત્વે આની હાજરીને કારણે હોય છે:

A) કેલ્શિયમ સલ્ફેટ અને મેગ્નેશિયમ સલ્ફેટ B) કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ અને મેગ્નેશિયમ ક્લોરાઇડ C) કેલ્શિયમ બાયકાર્બોનેટ અને મેગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ D) કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ અને મેગ્નેશિયમ કાર્બોનેટ

ઉકેલ: C

સમજૂતી: પાણીમાં અસ્થાયી કઠિનતા કેલ્શિયમ [Ca(HCO₃)₂] અને મેગ્નેશિયમ [Mg(HCO₃)₂] ના ઓગળેલા બાયકાર્બોનેટને કારણે થાય છે. આ પ્રકારની કઠિનતાને “અસ્થાયી” કહેવામાં આવે છે કારણ કે તેને ફક્ત ઉકાળીને દૂર કરી શકાય છે, જે દ્રાવ્ય બાયકાર્બોનેટને અદ્રાવ્ય કાર્બોનેટ (અથવા મેગ્નેશિયમના કિસ્સામાં હાઇડ્રોક્સાઇડ) માં રૂપાંતરિત કરે છે, જે પછી અવક્ષેપિત થાય છે.

• A) કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના સલ્ફેટ કાયમી કઠિનતાનું કારણ બને છે.
• B) કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના ક્લોરાઇડ કાયમી કઠિનતાનું કારણ બને છે.
• D) કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમના કાર્બોનેટ સામાન્ય રીતે અદ્રાવ્ય હોય છે; તેમના ઓગળેલા બાયકાર્બોનેટ અસ્થાયી કઠિનતા માટે જવાબદાર છે.

---

વિધાન-કારણ પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 4

વિધાન (A): કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ, Ca(OH)₂, મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ, Mg(OH)₂ કરતાં વધુ પ્રબળ બેઝ છે. કારણ (R): સમૂહમાં નીચે જતાં, વિદ્યુતઋણતા ઘટવા અને પરમાણુ કદ વધવાને કારણે M-OH બંધનો આયનીય ગુણધર્મ વધે છે, જે OH⁻ આયનોના મુક્ત થવામાં મદદ કરે છે.

A) A અને R બંને સાચા છે, અને R એ A ની સાચી સમજૂતી છે. B) A અને R બંને સાચા છે, પરંતુ R એ A ની સાચી સમજૂતી નથી. C) A સાચું છે, પરંતુ R ખોટું છે. D) A ખોટું છે, પરંતુ R સાચું છે.

ઉકેલ: A

સમજૂતી: વિધાન (A) સાચું છે. જેમ આપણે સમૂહ 2 માં નીચે જઈએ છીએ, તેમ હાઇડ્રોક્સાઇડની બેઝિકતા વધે છે. આમ, Ca(OH)₂ એ Mg(OH)₂ કરતાં વધુ પ્રબળ બેઝ છે કારણ કે Ca(OH)₂ પાણીમાં વધુ દ્રાવ્ય છે અને વધુ પ્રમાણમાં વિયોજન પામે છે, જેનાથી વધુ OH⁻ આયનો મુક્ત થાય છે.

કારણ (R) પણ સાચું છે અને A ને યોગ્ય રીતે સમજાવે છે. Mg થી Ca તરફ સમૂહમાં નીચે જતાં, પરમાણુ કદ વધે છે અને વિદ્યુતઋણતા ઘટે છે. આનાથી M-OH બંધના આયનીય ગુણધર્મમાં વધારો થાય છે (Ca-OH બંધ Mg-OH બંધ કરતાં વધુ આયનીય છે). વધુ આયનીય M-OH બંધનો અર્થ એ છે કે ધાતુ અને ઓક્સિજન વચ્ચેનો બંધ નબળો છે, જે હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન (OH⁻) ને ધાતુમાંથી વિયોજિત થવામાં સરળ બનાવે છે, જેનાથી બેઝિક શક્તિ વધે છે.

---

પ્રશ્ન 5

વિધાન (A): કેલ્શિયમ સોડિયમ કરતાં પાણી સાથે ઓછી તીવ્રતાથી પ્રતિક્રિયા આપે છે. કારણ (R): કેલ્શિયમનો મોલર દળ સોડિયમ કરતાં વધુ છે.

A) A અને R બંને સાચા છે, અને R એ A ની સાચી સમજૂતી છે. B) A અને R બંને સાચા છે, પરંતુ R એ A ની સાચી સમજૂતી નથી. C) A સાચું છે, પરંતુ R ખોટું છે. D) A ખોટું છે, પરંતુ R સાચું છે.

ઉકેલ: C

સમજૂતી: વિધાન (A) સાચું છે. સોડિયમ (સમૂહ 1) તેની ઉચ્ચ પ્રતિક્રિયાત્મકતા અને મુક્ત થયેલા હાઇડ્રોજનના તાત્કાલિક પ્રજ્વલનને કારણે ઠંડા પાણી સાથે વિસ્ફોટક રીતે પ્રતિક્રિયા આપે છે. કેલ્શિયમ (સમૂહ 2) ઠંડા પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે, પરંતુ પ્રતિક્રિયા ઓછી તીવ્ર હોય છે. બનતું Ca(OH)₂ અલ્પ-દ્રાવ્ય હોય છે અને ધાતુની સપાટી પર પડ ચડાવવાનું વલણ ધરાવે છે, જેનાથી પ્રતિક્રિયા ધીમી પડે છે.

કારણ (R) ખોટું છે. જોકે કેલ્શિયમનો મોલર દળ (40.08 g/mol) સોડિયમ (22.99 g/mol) કરતાં વધુ છે, તેમ છતાં મોલર દળ પાણી સાથેની પ્રતિક્રિયાની તીવ્રતા નક્કી કરતું મુખ્ય પરિબળ નથી. પાણી સાથે ધાતુઓની પ્રતિક્રિયાત્મકતા મુખ્યત્વે તેમની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા, આયનીકરણ એન્થાલ્પી અને જલીયકરણ એન્થાલ્પી દ્વારા સંચાલિત થાય છે. સોડિયમ કેલ્શિયમની સરખામણીમાં ઓછી પ્રથમ આયનીકરણ એન્થાલ્પી અને વધુ નકારાત્મક પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ સંભવિતતા ધરાવે છે, જે તેને વધુ પ્રતિક્રિયાત્મક બનાવે છે. વધુમાં, કેલ્શિયમને બે ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવવાની જરૂર પડે છે, જેમાં સોડિયમ એક ગુમાવે તેના કરતાં વધુ ઊર્જાની જરૂર પડે છે.

---

ટૂંકા જવાબના પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 6

જ્યારે જિપ્સમને 393 K તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે ત્યારે રાસાયણિક રીતે શું થાય છે તે સમજાવો. પ્રતિક્રિયા માટે સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ લખો.

આદર્શ જવાબ: જ્યારે જિપ્સમ (કેલ્શિયમ સલ્ફેટ ડાયહાઇડ્રેટ, CaSO₄·2H₂O) ને આશરે 393 K (120°C) સુધી ગરમ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે તેના સ્ફટિકીકરણના પાણીનો આંશિક ભાગ ગુમાવે છે. તે કેલ્શિયમ સલ્ફેટ હેમિહાઇડ્રેટ (CaSO₄·½H₂O) બનાવે છે, જેને સામાન્ય રીતે પ્લાસ્ટર ઓફ પેરિસ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, અને 1.5 પાણીના અણુઓ મુક્ત કરે છે.

જો જિપ્સમને 393 K થી વધુ ગરમ કરવામાં આવે, તો તે તેના સ્ફટિકીકરણના બધા પાણી ગુમાવીને નિર્જળ કેલ્શિયમ સલ્ફેટ (CaSO₄) બનાવે છે, જેને ‘ડેડ બર્ન્ટ પ્લાસ્ટર’ તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, જે તેના સેટિંગ ગુણધર્મો ગુમાવે છે.

રાસાયણિક સમીકરણ: CaSO₄·2H₂O(s) $\xrightarrow\{393 K\}$ CaSO₄·½H₂O(s) + 1.5H₂O(g)

---

પ્રશ્ન 7

ઉકાળવાની પદ્ધતિ દ્વારા પાણીની અસ્થાયી કઠિનતા કેવી રીતે દૂર કરવામાં આવે છે? કેલ્શિયમ અને મેગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ માટે સંબંધિત રાસાયણિક સમીકરણો લખો.

આદર્શ જવાબ: પાણીની અસ્થાયી કઠિનતા કેલ્શિયમ [Ca(HCO₃)₂] અને મેગ્નેશિયમ [Mg(HCO₃)₂] ના ઓગળેલા બાયકાર્બોનેટની હાજરીને કારણે થાય છે. આ કઠિનતા પાણીને ઉકાળીને દૂર કરી શકાય છે.

ગરમ કરવાથી, દ્રાવ્ય બાયકાર્બોનેટ વિઘટિત થઈને અદ્રાવ્ય કાર્બોનેટ (કેલ્શિયમના કિસ્સામાં) અને અદ્રાવ્ય હાઇડ્રોક્સાઇડ (મેગ્નેશિયમના કિસ્સામાં) બનાવે છે, જે પછી દ્રાવણમાંથી અવક્ષેપિત થાય છે. આ અવક્ષેપોને ગાળણ દ્વારા દૂર કરી શકાય છે, જેનાથી પાણી નરમ બને છે.

રાસાયણિક સમીકરણો:

1. કેલ્શિયમ બાયકાર્બોનેટ માટે: Ca(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ CaCO₃(s)↓ + H₂O(l) + CO₂(g) (કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ અવક્ષેપિત થાય છે)

2. મેગ્નેશિયમ બાયકાર્બોનેટ માટે: Mg(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ Mg(OH)₂(s)↓ + 2CO₂(g) (મેગ્નેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ અવક્ષેપિત થાય છે, કારણ કે MgCO₃ અસ્થિર છે અને ઊંચા તાપમાને Mg(OH)₂ માં જળવિભાજન પામે છે)

---

ઉચ્ચ-સ્તરીય વિચાર કૌશલ્ય (HOTS) પ્રશ્ન

પ્રશ્ન 8

એક સફેદ ઘન ‘X’ ને ગરમ કરવાથી રંગહીન વાયુ ‘Y’ અને અવશેષ ‘Z’ મળે છે. વાયુ ‘Y’ ચૂનાના પાણીને દૂધિયું બનાવે છે. અવશેષ ‘Z’ પાણી સાથે તીવ્રતાથી પ્રતિક્રિયા કરીને ‘P’ બનાવે છે, જેનો વ્યાપકપણે ધોળવામાં ઉપયોગ થાય છે. X, Y, Z અને P ને ઓળખો. સંકળાયેલી તમામ પ્રતિક્રિયાઓ માટે સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણો લખો.

આદર્શ જવાબ:

X, Y, Z અને P ની ઓળખ:

1. વાયુ ‘Y’ ચૂનાના પાણીને દૂધિયું બનાવે છે: આ કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂) માટેની લાક્ષણિક કસોટી છે. આમ, Y = CO₂.
2. સફેદ ઘન ‘X’ ને ગરમ કરવાથી વાયુ ‘Y’ (CO₂) અને અવશેષ ‘Z’ મળે છે: આ સૂચવે છે કે X એક કાર્બોનેટ છે જે ગરમ કરવાથી વિઘટિત થાય છે. કારણ કે Z પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ‘P’ બનાવે છે (જેનો ધોળવામાં ઉપયોગ થાય છે), અને ધોળવામાં ચૂનાનું પાણી [Ca(OH)₂] વપરાય છે, તેનો અર્થ એ છે કે Z એ ક્વિકલાઈમ (CaO) છે, જે પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને Ca(OH)₂ બનાવે છે. તેથી, X એ કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO₃) હોવું જોઈએ.
3. અવશેષ ‘Z’ પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ‘P’ બનાવે છે: જો X એ CaCO₃ અને Y એ CO₂ હોય, તો CaCO₃ ના વિઘટનથી બનતો અવશેષ ‘Z’ કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (ક્વિકલાઈમ) હોવો જોઈએ. આમ, Z = CaO.
4. ‘P’ નો ધોળવામાં વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે: જ્યારે ક્વિકલાઈમ (CaO) પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, ત્યારે તે કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (ચૂનાનું પાણી) બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ ધોળવા માટે થાય છે. આમ, P = Ca(OH)₂.

ઓળખનો સારાંશ:

• X = કેલ્શિયમ કાર્બોનેટ (CaCO₃)
• Y = કાર્બન ડાયોક્સાઇડ (CO₂)
• Z = કેલ્શિયમ ઓક્સાઇડ (CaO)
• P = કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (Ca(OH)₂)

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણો:

1. X (CaCO₃) નું Y (CO₂) અને Z (CaO) માં વિઘટન: CaCO₃(s) $\xrightarrow\{\Delta\}$ CaO(s) + CO₂(g)

2. ચૂનાના પાણી (Ca(OH)₂ - P નો ભાગ) નો ઉપયોગ કરીને Y (CO₂) માટેની કસોટી: CO₂(g) + Ca(OH)₂(aq) $\rightarrow$ CaCO₃(s)↓ + H₂O(l) (અદ્રાવ્ય CaCO₃ નું નિર્માણ દૂધિયા દેખાવનું કારણ બને છે)

3. Z (CaO) ની પાણી સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને P (Ca(OH)₂) બનાવવું: CaO(s) + H₂O(l) $\rightarrow$ Ca(OH)₂(aq) (આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે અને ચૂનાના સ્લેકિંગ તરીકે ઓળખાય છે)