ક્લોરિન (Cl) નું રસાયણશાસ્ત્ર - પ્રેક્ટિસ પ્રશ્નો

બહુવિકલ્પ પ્રશ્નો (MCQs)

પ્રશ્ન 1

ક્લોરિન વાયુ ઠંડા, મંદ જલીય સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને શું ઉત્પન્ન કરે છે? A) સોડિયમ ક્લોરેટ અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ B) સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ C) સોડિયમ ક્લોરાઇડ અને પાણી D) સોડિયમ ક્લોરાઇટ અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ

ઉકેલ: સાચો વિકલ્પ છે B) સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ.

સમજૂતી: ક્લોરિન આલ્કલીસ સાથે અસમાન વિતરણ (disproportionation) પ્રતિક્રિયા અનુભવે છે. ઠંડા અને મંદ NaOH સાથે, ક્લોરિન સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ (NaClO) અને સોડિયમ ક્લોરાઇડ (NaCl) બનાવે છે. પ્રતિક્રિયા છે: Cl₂ + 2NaOH (cold, dilute) → NaCl + NaClO + H₂O આ પ્રતિક્રિયામાં, ક્લોરિનનું એકસાથે ઓક્સિડેશન (NaClO માં +1 માં) અને રિડક્શન (NaCl માં -1 માં) થાય છે.

પ્રશ્ન 2

ક્લોરિનની વિરંજન (bleaching) ક્રિયા શેના કારણે હોય છે? A) ઓક્સિડેશન B) રિડક્શન C) ક્લોરિનેશન D) હાઇડ્રોજિનેશન

ઉકેલ: સાચો વિકલ્પ છે A) ઓક્સિડેશન.

સમજૂતી: ક્લોરિન તેના ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મને કારણે વિરંજન કારક (bleaching agent) તરીકે કાર્ય કરે છે. ભેજની હાજરીમાં, ક્લોરિન નવજાત ઓક્સિજન મુક્ત કરે છે, જે વિરંજન ક્રિયા માટે જવાબદાર છે. આ પ્રક્રિયા રંગીન પદાર્થોને રંગહીન પદાર્થોમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] (નવજાત ઓક્સિજન) રંગીન પદાર્થ + [O] → રંગહીન પદાર્થ

પ્રશ્ન 3

ક્લોરિન વિશે નીચેનામાંથી કયું વિધાન ખોટું છે? A) તે લીલાશ પડતો પીળો વાયુ છે. B) તેમાં તીવ્ર અને બળતરા કરનારી ગંધ હોય છે. C) તે પાણીમાં ઓછો દ્રાવ્ય છે. D) તે ફ્લોરિન કરતાં વધુ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે.

ઉકેલ: સાચો વિકલ્પ છે D) તે ફ્લોરિન કરતાં વધુ મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે.

સમજૂતી: A) ક્લોરિન ખરેખર લીલાશ પડતો પીળો વાયુ છે. B) ક્લોરિનમાં લાક્ષણિક તીવ્ર અને બળતરા કરનારી ગંધ હોય છે. C) ક્લોરિન પાણીમાં મધ્યમ રીતે દ્રાવ્ય છે, ક્લોરિન પાણી બનાવે છે. D) ફ્લોરિન એ સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વ છે અને ક્લોરિન સહિત તમામ હેલોજનમાં સૌથી મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. F₂ થી I₂ સુધી સમૂહમાં નીચે જતાં ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિ ઘટે છે.

વિધાન-કારણ પ્રશ્નો

નીચેના પ્રશ્નોમાં બે વિધાનોનો સમાવેશ થાય છે, એક વિધાન (A) તરીકે અને બીજું કારણ (R) તરીકે લેબલ થયેલું છે. આ બે વિધાનોની કાળજીપૂર્વક તપાસ કરો અને નક્કી કરો કે વિધાન (A) અને કારણ (R) વ્યક્તિગત રીતે સાચા છે કે નહીં અને જો કારણ (R) વિધાન (A) ની સાચી સમજૂતી છે. નીચે આપેલા કોડ્સમાંથી તમારો જવાબ પસંદ કરો: 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 પણ R ખોટું છે. D) A ખોટું છે પણ R સાચું છે.

પ્રશ્ન 1

વિધાન (A): ક્લોરિન ભેજની હાજરીમાં વિરંજન કારક તરીકે કાર્ય કરે છે. કારણ (R): ક્લોરિન એક મજબૂત રિડ્યુસિંગ એજન્ટ છે.

ઉકેલ: સાચો વિકલ્પ છે C) A સાચું છે પણ R ખોટું છે.

સમજૂતી: વિધાન (A): ભેજની હાજરીમાં ક્લોરિન હાઇપોક્લોરસ એસિડ (HOCl) બનાવે છે, જે અસ્થિર હોય છે અને નવજાત ઓક્સિજન આપવા માટે વિઘટિત થાય છે, જે રંગીન પદાર્થોને રંગહીન પદાર્થોમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. આમ, વિધાન A સાચું છે. Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] રંગીન પદાર્થ + [O] → રંગહીન પદાર્થ કારણ (R): ક્લોરિન એક મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે, રિડ્યુસિંગ એજન્ટ નથી. તે સ્થિર અષ્ટક પ્રાપ્ત કરવા માટે સરળતાથી ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે, ખાસ કરીને અન્ય પદાર્થોને ઓક્સિડાઇઝ કરીને. તેથી, કારણ R ખોટું છે.

પ્રશ્ન 2

વિધાન (A): ક્લોરિનની ઠંડા, મંદ NaOH સાથેની પ્રતિક્રિયા અસમાન વિતરણ (disproportionation) પ્રતિક્રિયા છે. કારણ (R): આ પ્રતિક્રિયામાં, ક્લોરિનનું ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન બંને થાય છે.

ઉકેલ: સાચો વિકલ્પ છે A) A અને R બંને સાચા છે અને R એ A ની સાચી સમજૂતી છે.

સમજૂતી: વિધાન (A): અસમાન વિતરણ પ્રતિક્રિયા એ એક પ્રકારની રેડોક્સ પ્રતિક્રિયા છે જેમાં એક જ તત્વનું એકસાથે ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન થાય છે. ક્લોરિનની ઠંડા, મંદ NaOH સાથેની પ્રતિક્રિયા છે: Cl₂(0) + 2NaOH → NaCl(-1) + NaClO(+1) + H₂O અહીં, ક્લોરિનની ઓક્સિડેશન અવસ્થા 0 થી -1 (NaCl માં રિડ્યુસ) અને +1 (NaClO માં ઓક્સિડાઇઝ) થાય છે. આમ, વિધાન A સાચું છે. કારણ (R): ઉપર સમજાવ્યા મુજબ, ક્લોરિન (ઓક્સિડેશન અવસ્થા 0) Cl⁻ (ઓક્સિડેશન અવસ્થા -1) માં રિડ્યુસ થાય છે અને ClO⁻ (ઓક્સિડેશન અવસ્થા +1) માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. એક જ તત્વનું આ એકસાથે ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન એ અસમાન વિતરણ પ્રતિક્રિયાની વ્યાખ્યા છે. તેથી, કારણ R સાચું છે અને A ની સાચી સમજૂતી છે.

ટૂંકા જવાબના પ્રશ્નો

પ્રશ્ન 1

શા માટે ક્લોરિન વિરંજન કારક તરીકે કાર્ય કરે છે તે સમજાવો. શું તે કાયમી કે અસ્થાયી રંગોનું વિરંજન કરે છે?

આદર્શ જવાબ: ક્લોરિન તેના મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મને કારણે, ખાસ કરીને ભેજની હાજરીમાં, વિરંજન કારક તરીકે કાર્ય કરે છે.

1. પાણી સાથેની પ્રતિક્રિયા: જ્યારે ક્લોરિન વાયુ (Cl₂) પાણી (H₂O) ના સંપર્કમાં આવે છે, ત્યારે તે હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) અને હાઇપોક્લોરસ એસિડ (HOCl) બનાવે છે. Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq)
2. નવજાત ઓક્સિજનનું નિર્માણ: હાઇપોક્લોરસ એસિડ (HOCl) અસ્થિર છે અને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) અને અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલ નવજાત ઓક્સિજન ([O]) બનાવવા માટે સરળતાથી વિઘટિત થાય છે. HOCl (aq) → HCl (aq) + [O]
3. રંગીન પદાર્થોનું ઓક્સિડેશન: આ નવજાત ઓક્સિજન એક શક્તિશાળી ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તે પદાર્થમાં હાજર રંગીન કાર્બનિક દ્રવ્ય સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને તેને રંગહીન સંયોજનમાં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. Colored substance + [O] → Colourless substance ક્લોરિન સ્થિર રંગહીન ઉત્પાદનોમાં ઓક્સિડાઇઝ કરીને કાયમી રંગોનું વિરંજન કરે છે. તેની વિરંજન ક્રિયા કાયમી હોય છે. આ સલ્ફર ડાયોક્સાઇડ (SO₂) દ્વારા થતા વિરંજનથી વિપરીત છે, જે અસ્થાયી હોય છે (રિડક્શનને કારણે).

પ્રશ્ન 2

ક્લોરિન વાયુની પ્રયોગશાળામાં તૈયારીનું વર્ણન કરો. પ્રતિક્રિયા માટે સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ લખો.

આદર્શ જવાબ: પ્રયોગશાળામાં, ક્લોરિન વાયુ સામાન્ય રીતે સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) નું મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ (MnO₂) જેવા મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ દ્વારા ઓક્સિડેશન કરીને તૈયાર કરવામાં આવે છે.

પ્રક્રિયા:

1. એક ગોળાકાર તળિયાવાળા ફ્લાસ્કમાં સાંદ્ર હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ લેવામાં આવે છે.
2. ફ્લાસ્કમાં મેંગેનીઝ ડાયોક્સાઇડ પાવડર ઉમેરવામાં આવે છે.
3. ફ્લાસ્કને ધીમેથી ગરમ કરવામાં આવે છે.
4. ક્લોરિન વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે, જેને હવાના ઉપર તરફ વિસ્થાપન દ્વારા (કારણ કે તે હવા કરતાં ભારે છે) અથવા પાણીમાંથી પસાર કરીને (HCl ના ધૂમાડા દૂર કરવા માટે) અને પછી સાંદ્ર સલ્ફ્યુરિક એસિડમાંથી (વાયુને સૂકવવા માટે) પસાર કરીને એકત્રિત કરી શકાય છે.

સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ: MnO₂ (s) + 4HCl (conc.) → MnCl₂ (aq) + Cl₂ (g) + 2H₂O (l)

વૈકલ્પિક પદ્ધતિઓ (પૂર્ણતા માટે ટૂંકો ઉલ્લેખ):

• પોટેશિયમ પરમેંગેનેટ (KMnO₄) પર સાંદ્ર HCl ની ક્રિયા દ્વારા. 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O + 5Cl₂
• લેડ ડાયોક્સાઇડ (PbO₂) પર સાંદ્ર HCl ની ક્રિયા દ્વારા. PbO₂ + 4HCl → PbCl₂ + 2H₂O + Cl₂

ઉચ્ચ-સ્તર વિચાર કૌશલ્ય (HOTS) પ્રશ્ન

પ્રશ્ન 1

જોકે ફ્લોરિન ક્લોરિન કરતાં વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વ છે, અને બંને દ્વિપરમાણુ અણુઓ (F₂ અને Cl₂) તરીકે અસ્તિત્વ ધરાવે છે, છતાં ક્લોરિનનો ઔદ્યોગિક વિરંજન કારક તરીકે ફ્લોરિન કરતાં વધુ વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે. શા માટે સમજાવો.

વિગતવાર રાસાયણિક સમજૂતી: આ પ્રશ્ન પ્રતિક્રિયાશીલતા વિરુદ્ધ ખર્ચ અને નિયંત્રણના વ્યવહારિક પાસાઓની તપાસ કરે છે.

1. પ્રતિક્રિયાશીલતા અને ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિ:

   • ફ્લોરિન (F₂) એ આવર્ત કોષ્ટકમાં સૌથી વધુ ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવ તત્વ અને સૌથી મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ છે. તેની પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ પોટેન્શિયલ (F₂/F⁻ માટે E° = +2.87 V) ક્લોરિન (Cl₂/Cl⁻ માટે E° = +1.36 V) કરતાં નોંધપાત્ર રીતે વધારે છે. આ સૂચવે છે કે F₂ માં Cl₂ ની સરખામણીમાં ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારવાની અને રિડ્યુસ થવાની (એટલે કે, અન્ય પદાર્થોને ઓક્સિડાઇઝ કરવાની) ઘણી મજબૂત વૃત્તિ હોય છે.
   • F₂ પાણી સાથે વિસ્ફોટક અને હિંસક રીતે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇડ્રોફ્લોરિક એસિડ (HF) અને ઓક્સિજન (O₂), અથવા ક્યારેક ઓઝોન (O₃) ઉત્પન્ન કરે છે, હાઇપોફ્લોરસ એસિડ (HOF) બનાવતું નથી જે અત્યંત અસ્થિર અને વિસ્ફોટક છે. 2F₂ (g) + 2H₂O (l) → 4HF (aq) + O₂ (g) આ પ્રતિક્રિયા અત્યંત પ્રબળ અને નિયંત્રિત કરવી મુશ્કેલ છે. O₂ અથવા O₃ નું નિર્માણ સૂચવે છે કે F₂ ક્લોરિનની જેમ HOF વિઘટન દ્વારા નિયંત્રિત રીતે વિરંજન માટે જરૂરી નવજાત ઓક્સિજન મુખ્યત્વે ઉત્પન્ન કરતું નથી.
   • બીજી તરફ, ક્લોરિન (Cl₂) પાણી સાથે મધ્યમ રીતે પ્રતિક્રિયા કરીને હાઇપોક્લોરસ એસિડ (HOCl) અને હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) બનાવે છે. Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq) પછી HOCl વિઘટિત થઈને નવજાત ઓક્સિજન [O] ઉત્પન્ન કરે છે, જે વાસ્તવિક વિરંજન કારક છે. HOCl → HCl + [O] આ પ્રતિક્રિયા નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી છે, જે અત્યંત જોખમ વિના સતત અને અસરકારક વિરંજન ક્રિયાને મંજૂરી આપે છે.

2. નિયંત્રણ અને પસંદગીશીલતા:

   • ફ્લોરિનની અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલતા તેને અત્યંત અવિવેકી બનાવે છે. તે લગભગ કોઈપણ વસ્તુ સાથે પ્રતિક્રિયા કરે છે, જેમાં પોતે સબસ્ટ્રેટ અથવા વિરંજન ઉપકરણના ઘટકોનો સમાવેશ થાય છે, જે ઘણીવાર પસંદગીશીલ વિરંજનને બદલે અધોગતિ તરફ દોરી જાય છે. તેની પ્રતિક્રિયાઓનું નિયમન કરવું મુશ્કેલ છે, જે તેને મોટાભાગની ઔદ્યોગિક વિરંજન પ્રક્રિયાઓ માટે અવ્યવહારુ બનાવે છે.
   • ક્લોરિનની પ્રતિક્રિયાશીલતા, જ્યારે મજબૂત હોય છે, ત્યારે તે વધુ મધ્યમ અને નિયંત્રિત કરી શકાય તેવી હોય છે. તે મુખ્યત્વે પદાર્થોમાં રહેલા ક્રોમોફોર (રંગ આપતા જૂથો) ને ઓક્સિડાઇઝ કરે છે, તે પદાર્થને વધુ પડતો અધોગતિ કર્યા વિના, ખાસ કરીને નિયંત્રિત પરિસ્થિતિઓમાં (દા.ત., ચોક્કસ pH, તાપમાન).

3. ખર્ચ અને હેન્ડલિંગ:

   • ફ્લોરિન તેની અત્યંત પ્રતિક્રિયાશીલતા અને સડો કરતા સ્વભાવને કારણે ઉત્પાદન કરવા અને સુરક્ષિત રીતે હેન્ડલ કરવા માટે ખૂબ મોંઘું છે. વિશિષ્ટ, નિષ્ક્રિય ઉપકરણોની જરૂર પડે છે, જે સંચાલન ખર્ચમાં વધારો કરે છે.
   • ક્લોરિન ઉત્પાદન કરવા માટે પ્રમાણમાં સસ્તું છે અને તેનું હેન્ડલિંગ, જોકે સાવચેતીઓની જરૂર પડે છે, તે ઔદ્યોગિક સ્કેલ પર ઘણું ઓછું માંગણી કરનાર અને વધુ વ્યવસ્થાપિત છે.

સારાંશમાં, ફ્લોરિન એક મજબૂત ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ હોવા છતાં, પાણી અને અન્ય સામગ્રીઓ સાથે તેની અનિયંત્રિત અને અવિવેકી પ્રતિક્રિયાશીલતા, ઉચ્ચ ખર્ચ અને સલામતીની ચિંતાઓ સાથે મળીને, તેને મોટાભાગની ઔદ્યોગિક વિરંજન એપ્લિકેશન માટે અયોગ્ય બનાવે છે. ક્લોરિન, તેની વધુ મધ્યમ અને નિયંત્રિત ઓક્સિડાઇઝિંગ શક્તિ અને જલીય દ્રાવણમાં કાર્યક્ષમ રીતે નવજાત ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરવાની ક્ષમતા સાથે, વધુ વ્યવહારુ અને વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું વિરંજન કારક સાબિત થાય છે.