कैल्शियम (Ca) का रसायन विज्ञान - अभ्यास प्रश्न

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

कैल्शियम के बारे में निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है?

A) यह ठंडे पानी के साथ मध्यम रूप से अभिक्रिया करता है, जिससे हाइड्रोजन गैस निकलती है। B) यह हवा में जलकर ऑक्साइड और नाइट्राइड का मिश्रण बनाता है। C) इसके यौगिक सामान्यतः आयनिक प्रकृति के होते हैं। D) यह एक प्रबल ऑक्सीकारक है।

समाधान: D

स्पष्टीकरण: कैल्शियम एक क्षारीय मृदा धातु है (समूह 2 का तत्व)। धातुएँ, विशेष रूप से s-ब्लॉक तत्व, आसानी से इलेक्ट्रॉन खोकर धनात्मक आयन बनाने की प्रवृत्ति रखते हैं। यह गुण उन्हें प्रबल अपचायक बनाता है, क्योंकि वे स्वयं ऑक्सीकृत होते हुए अन्य स्पीशीज़ को अपचयित करते हैं। इसलिए, कैल्शियम एक प्रबल अपचायक है, न कि ऑक्सीकारक।

• A) कैल्शियम ठंडे पानी के साथ अभिक्रिया करता है, हालांकि समूह 1 की धातुओं की तुलना में कम ज़ोरदार तरीके से, Ca(OH)₂ और H₂ गैस उत्पन्न करता है।
• B) हवा में जलाने पर, कैल्शियम कैल्शियम ऑक्साइड (CaO) और कैल्शियम नाइट्राइड (Ca₃N₂) बनाता है।
• C) कैल्शियम और अधातुओं के बीच महत्वपूर्ण विद्युत ऋणात्मकता अंतर के कारण, इसके यौगिक (जैसे CaO, CaCl₂, CaCO₃) मुख्य रूप से आयनिक होते हैं।

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प्रश्न 2

प्लास्टर ऑफ पेरिस रासायनिक रूप से है:

A) कैल्शियम सल्फेट डाइहाइड्रेट B) कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट C) कैल्शियम कार्बोनेट D) कैल्शियम क्लोराइड

समाधान: B

स्पष्टीकरण: प्लास्टर ऑफ पेरिस कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट है, जिसका रासायनिक सूत्र CaSO₄·½H₂O है। इसे जिप्सम (CaSO₄·2H₂O) को लगभग 373 K (100°C) तक गर्म करके तैयार किया जाता है, जिससे यह अपने क्रिस्टलन जल का तीन-चौथाई हिस्सा खो देता है।

• कैल्शियम सल्फेट डाइहाइड्रेट जिप्सम (CaSO₄·2H₂O) है।
• कैल्शियम कार्बोनेट चॉक, चूना पत्थर या संगमरमर (CaCO₃) है।
• कैल्शियम क्लोराइड (CaCl₂) एक प्रस्वेदी लवण है जिसका उपयोग अक्सर शुष्कक के रूप में किया जाता है।

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प्रश्न 3

पानी की अस्थायी कठोरता मुख्य रूप से किसकी उपस्थिति के कारण होती है?

A) कैल्शियम सल्फेट और मैग्नीशियम सल्फेट B) कैल्शियम क्लोराइड और मैग्नीशियम क्लोराइड C) कैल्शियम बाइकार्बोनेट और मैग्नीशियम बाइकार्बोनेट D) कैल्शियम कार्बोनेट और मैग्नीशियम कार्बोनेट

समाधान: C

स्पष्टीकरण: पानी में अस्थायी कठोरता कैल्शियम [Ca(HCO₃)₂] और मैग्नीशियम [Mg(HCO₃)₂] के घुलनशील बाइकार्बोनेट के कारण होती है। इस प्रकार की कठोरता को “अस्थायी” कहा जाता है क्योंकि इसे साधारण उबालने से हटाया जा सकता है, जो घुलनशील बाइकार्बोनेट को अघुलनशील कार्बोनेट (या मैग्नीशियम के मामले में हाइड्रॉक्साइड) में बदल देता है, जो फिर अवक्षेपित हो जाते हैं।

• A) कैल्शियम और मैग्नीशियम के सल्फेट स्थायी कठोरता का कारण बनते हैं।
• B) कैल्शियम और मैग्नीशियम के क्लोराइड स्थायी कठोरता का कारण बनते हैं।
• D) कैल्शियम और मैग्नीशियम के कार्बोनेट सामान्यतः अघुलनशील होते हैं; उनके घुलनशील बाइकार्बोनेट अस्थायी कठोरता के लिए जिम्मेदार होते हैं।

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अभिकथन-कारण प्रश्न

प्रश्न 4

अभिकथन (A): कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड, Ca(OH)₂, मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड, Mg(OH)₂ से अधिक प्रबल क्षार है। कारण (R): समूह में नीचे जाने पर, विद्युत ऋणात्मकता में कमी और परमाणु आकार में वृद्धि के कारण M-OH बंध का आयनिक गुण बढ़ता है, जिससे OH⁻ आयनों का निकलना आसान हो जाता है।

A) A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है। B) A और R दोनों सत्य हैं, लेकिन R, A की सही व्याख्या नहीं है। C) A सत्य है, लेकिन R असत्य है। D) A असत्य है, लेकिन R सत्य है।

समाधान: A

स्पष्टीकरण: अभिकथन (A) सत्य है। जैसे-जैसे हम समूह 2 में नीचे जाते हैं, हाइड्रॉक्साइड की क्षारीयता बढ़ती जाती है। इस प्रकार, Ca(OH)₂ Mg(OH)₂ की तुलना में अधिक प्रबल क्षार है क्योंकि Ca(OH)₂ पानी में अधिक घुलनशील है और अधिक हद तक वियोजित होकर अधिक OH⁻ आयन छोड़ता है।

कारण (R) भी सत्य है और A की सही व्याख्या करता है। समूह में Mg से Ca की ओर नीचे जाने पर, परमाणु आकार बढ़ता है और विद्युत ऋणात्मकता घटती है। इससे M-OH बंध के आयनिक गुण में वृद्धि होती है (Ca-OH बंध Mg-OH बंध की तुलना में अधिक आयनिक होता है)। अधिक आयनिक M-OH बंध का अर्थ है कि धातु और ऑक्सीजन के बीच का बंध कमजोर होता है, जिससे हाइड्रॉक्साइड आयन (OH⁻) का धातु से अलग होना आसान हो जाता है, जिससे क्षारीय शक्ति बढ़ती है।

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प्रश्न 5

अभिकथन (A): कैल्शियम सोडियम की तुलना में पानी के साथ कम तीव्रता से अभिक्रिया करता है। कारण (R): कैल्शियम का मोलर द्रव्यमान सोडियम से अधिक होता है।

A) A और R दोनों सत्य हैं, और R, A की सही व्याख्या है। B) A और R दोनों सत्य हैं, लेकिन R, A की सही व्याख्या नहीं है। C) A सत्य है, लेकिन R असत्य है। D) A असत्य है, लेकिन R सत्य है।

समाधान: C

स्पष्टीकरण: अभिकथन (A) सत्य है। सोडियम (समूह 1) अपनी उच्च अभिक्रियाशीलता और उत्पन्न हाइड्रोजन के तत्काल प्रज्वलन के कारण ठंडे पानी के साथ विस्फोटक रूप से अभिक्रिया करता है। कैल्शियम (समूह 2) ठंडे पानी के साथ अभिक्रिया करता है, लेकिन अभिक्रिया कम तीव्र होती है। निर्मित Ca(OH)₂ कम घुलनशील होता है और धातु की सतह को ढकने लगता है, जिससे अभिक्रिया धीमी हो जाती है।

कारण (R) असत्य है। हालांकि कैल्शियम का मोलर द्रव्यमान (40.08 g/mol) वास्तव में सोडियम (22.99 g/mol) से अधिक होता है, लेकिन मोलर द्रव्यमान पानी के साथ अभिक्रिया की तीव्रता को निर्धारित करने वाला प्राथमिक कारक नहीं है। पानी के साथ धातुओं की अभिक्रियाशीलता मुख्य रूप से उनके मानक इलेक्ट्रोड विभव, आयनन एन्थैल्पी और जलयोजन एन्थैल्पी द्वारा नियंत्रित होती है। सोडियम में कैल्शियम की तुलना में कम पहली आयनन एन्थैल्पी और अधिक ऋणात्मक मानक इलेक्ट्रोड विभव होता है, जो इसे अधिक अभिक्रियाशील बनाता है। इसके अतिरिक्त, कैल्शियम को दो इलेक्ट्रॉन खोने की आवश्यकता होती है, जिसमें सोडियम द्वारा एक इलेक्ट्रॉन खोने की तुलना में अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है।

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लघु उत्तरीय प्रश्न

प्रश्न 6

समझाइए कि रासायनिक रूप से क्या होता है जब जिप्सम को 393 K तक गर्म किया जाता है। अभिक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण लिखिए।

मॉडल उत्तर: जब जिप्सम (कैल्शियम सल्फेट डाइहाइड्रेट, CaSO₄·2H₂O) को लगभग 393 K (120°C) तक गर्म किया जाता है, तो यह अपने क्रिस्टलन जल का आंशिक रूप से त्याग करता है। यह कैल्शियम सल्फेट हेमीहाइड्रेट (CaSO₄·½H₂O) बनाता है, जिसे सामान्यतः प्लास्टर ऑफ पेरिस के नाम से जाना जाता है, और 1.5 अणु पानी छोड़ता है।

यदि जिप्सम को 393 K से अधिक गर्म किया जाता है, तो यह अपना सारा क्रिस्टलन जल खोकर निर्जल कैल्शियम सल्फेट (CaSO₄) बनाता है, जिसे ‘डेड बर्न्ट प्लास्टर’ भी कहा जाता है, जो अपने जमने के गुण खो देता है।

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

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प्रश्न 7

पानी की अस्थायी कठोरता को उबालने की विधि से कैसे दूर किया जाता है? कैल्शियम और मैग्नीशियम बाइकार्बोनेट के लिए संबंधित रासायनिक समीकरण लिखिए।

मॉडल उत्तर: पानी की अस्थायी कठोरता कैल्शियम [Ca(HCO₃)₂] और मैग्नीशियम [Mg(HCO₃)₂] के घुलनशील बाइकार्बोनेट की उपस्थिति के कारण होती है। इस कठोरता को पानी उबालकर दूर किया जा सकता है।

गर्म करने पर, घुलनशील बाइकार्बोनेट अघुलनशील कार्बोनेट (कैल्शियम के मामले में) और अघुलनशील हाइड्रॉक्साइड (मैग्नीशियम के मामले में) बनाने के लिए अपघटित हो जाते हैं, जो फिर विलयन से अवक्षेपित हो जाते हैं। इन अवक्षेपों को छानकर हटाया जा सकता है, जिससे पानी नरम हो जाता है।

रासायनिक समीकरण:

1. कैल्शियम बाइकार्बोनेट के लिए: Ca(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ CaCO₃(s)↓ + H₂O(l) + CO₂(g) (कैल्शियम कार्बोनेट अवक्षेपित होता है)

2. मैग्नीशियम बाइकार्बोनेट के लिए: Mg(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ Mg(OH)₂(s)↓ + 2CO₂(g) (मैग्नीशियम हाइड्रॉक्साइड अवक्षेपित होता है, क्योंकि MgCO₃ अस्थिर होता है और ऊंचे तापमान पर Mg(OH)₂ में जल-अपघटित हो जाता है)

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उच्च-स्तरीय चिंतन कौशल (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 8

एक सफेद ठोस ‘X’ को गर्म करने पर एक रंगहीन गैस ‘Y’ और एक अवशेष ‘Z’ मिलता है। गैस ‘Y’ चूने के पानी को दूधिया कर देती है। अवशेष ‘Z’ पानी के साथ तीव्रता से अभिक्रिया करके ‘P’ बनाता है, जिसका व्यापक रूप से सफेदी करने में उपयोग किया जाता है। X, Y, Z, और P की पहचान करें। इसमें शामिल सभी अभिक्रियाओं के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण लिखें।

मॉडल उत्तर:

X, Y, Z, और P की पहचान:

1. गैस ‘Y’ चूने के पानी को दूधिया कर देती है: यह कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) के लिए एक विशिष्ट परीक्षण है। इस प्रकार, Y = CO₂।
2. सफेद ठोस ‘X’ को गर्म करने पर गैस ‘Y’ (CO₂) और अवशेष ‘Z’ मिलता है: यह इंगित करता है कि X एक कार्बोनेट है जो गर्म करने पर अपघटित होता है। चूंकि Z पानी के साथ अभिक्रिया करके ‘P’ बनाता है (जिसका उपयोग सफेदी करने में होता है), और सफेदी करने में बुझे हुए चूने [Ca(OH)₂] का उपयोग होता है, इसका तात्पर्य है कि Z बिना बुझा चूना (CaO) है, जो पानी के साथ अभिक्रिया करके Ca(OH)₂ बनाता है। इसलिए, X कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) होना चाहिए।
3. अवशेष ‘Z’ पानी के साथ अभिक्रिया करके ‘P’ बनाता है: यदि X, CaCO₃ है और Y, CO₂ है, तो CaCO₃ के अपघटन से बनने वाला अवशेष ‘Z’ कैल्शियम ऑक्साइड (बिना बुझा चूना) होना चाहिए। इस प्रकार, Z = CaO।
4. ‘P’ का व्यापक रूप से सफेदी करने में उपयोग किया जाता है: जब बिना बुझा चूना (CaO) पानी के साथ अभिक्रिया करता है, तो यह कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड (बुझा चूना) बनाता है, जिसका उपयोग सफेदी करने में किया जाता है। इस प्रकार, P = Ca(OH)₂।

पहचान का सारांश:

• X = कैल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃)
• Y = कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂)
• Z = कैल्शियम ऑक्साइड (CaO)
• P = कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड (Ca(OH)₂)

संतुलित रासायनिक समीकरण:

1. X (CaCO₃) का Y (CO₂) और Z (CaO) में अपघटन: CaCO₃(s) $\xrightarrow\{\Delta\}$ CaO(s) + CO₂(g)

2. चूने के पानी (Ca(OH)₂ - P का एक भाग) का उपयोग करके Y (CO₂) के लिए परीक्षण: CO₂(g) + Ca(OH)₂(aq) $\rightarrow$ CaCO₃(s)↓ + H₂O(l) (अघुलनशील CaCO₃ का बनना दूधियापन का कारण बनता है)

3. Z (CaO) की पानी के साथ अभिक्रिया से P (Ca(OH)₂) का बनना: CaO(s) + H₂O(l) $\rightarrow$ Ca(OH)₂(aq) (यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है और इसे चूने का बुझना कहा जाता है)