क्लोरीन (Cl) का रसायन विज्ञान - अभ्यास प्रश्न

बहुविकल्पीय प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

क्लोरीन गैस ठंडे, तनु जलीय सोडियम हाइड्रॉक्साइड के साथ अभिक्रिया करके क्या उत्पन्न करती है? A) सोडियम क्लोरेट और सोडियम क्लोराइड B) सोडियम हाइपोक्लोराइट और सोडियम क्लोराइड C) सोडियम क्लोराइड और जल D) सोडियम क्लोराइट और सोडियम क्लोराइड

हल: सही विकल्प है B) सोडियम हाइपोक्लोराइट और सोडियम क्लोराइड।

व्याख्या: क्लोरीन क्षारों के साथ असमानुपातन अभिक्रिया करती है। ठंडे और तनु NaOH के साथ, क्लोरीन सोडियम हाइपोक्लोराइट (NaClO) और सोडियम क्लोराइड (NaCl) बनाती है। अभिक्रिया है: Cl₂ + 2NaOH (cold, dilute) → NaCl + NaClO + H₂O इस अभिक्रिया में, क्लोरीन एक साथ ऑक्सीकृत (NaClO में +1 तक) और अपचयित (NaCl में -1 तक) होती है।

प्रश्न 2

क्लोरीन की विरंजन क्रिया किसके कारण होती है? A) ऑक्सीकरण B) अपचयन C) क्लोरीनीकरण D) हाइड्रोजनीकरण

हल: सही विकल्प है A) ऑक्सीकरण।

व्याख्या: क्लोरीन अपने ऑक्सीकरण गुण के कारण विरंजन कारक के रूप में कार्य करती है। नमी की उपस्थिति में, क्लोरीन नवजात ऑक्सीजन छोड़ती है, जो विरंजन क्रिया के लिए जिम्मेदार है। यह प्रक्रिया रंगीन पदार्थों को रंगहीन पदार्थों में ऑक्सीकृत करती है। Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] (नवजात ऑक्सीजन) रंगीन पदार्थ + [O] → रंगहीन पदार्थ

प्रश्न 3

क्लोरीन के बारे में निम्नलिखित में से कौन सा कथन गलत है? A) यह एक हरा-पीला रंग की गैस है। B) इसमें तीखी और परेशान करने वाली गंध होती है। C) यह जल में अल्प विलेय है। D) यह फ्लोरीन की तुलना में एक प्रबल ऑक्सीकारक है।

हल: सही विकल्प है D) यह फ्लोरीन की तुलना में एक प्रबल ऑक्सीकारक है।

व्याख्या: A) क्लोरीन वास्तव में एक हरा-पीला रंग की गैस है। B) क्लोरीन में एक विशिष्ट तीखी और परेशान करने वाली गंध होती है। C) क्लोरीन जल में मध्यम रूप से विलेय है, जो क्लोरीन जल बनाती है। D) फ्लोरीन सबसे अधिक विद्युतीय तत्व और सभी हैलोजनों, जिसमें क्लोरीन भी शामिल है, में सबसे प्रबल ऑक्सीकारक है। ऑक्सीकरण शक्ति F₂ से I₂ तक समूह में नीचे की ओर घटती जाती है।

अभिकथन-कारण प्रश्न

निम्नलिखित प्रश्नों में दो कथन होते हैं, जिनमें से एक को अभिकथन (A) और दूसरे को कारण (R) के रूप में अंकित किया गया है। इन दोनों कथनों का ध्यानपूर्वक परीक्षण करें और निर्णय लें कि क्या अभिकथन (A) और कारण (R) व्यक्तिगत रूप से सत्य हैं और क्या कारण (R) अभिकथन (A) की सही व्याख्या है। अपना उत्तर नीचे दिए गए कोड से चुनें: 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।

प्रश्न 1

अभिकथन (A): नमी की उपस्थिति में क्लोरीन विरंजन कारक के रूप में कार्य करती है। कारण (R): क्लोरीन एक प्रबल अपचायक है।

हल: सही विकल्प है C) A सत्य है लेकिन R असत्य है।

व्याख्या: अभिकथन (A): नमी की उपस्थिति में क्लोरीन हाइपोक्लोरस अम्ल (HOCl) बनाती है, जो अस्थिर होता है और नवजात ऑक्सीजन देने के लिए अपघटित होता है, जिससे रंगीन पदार्थ रंगहीन हो जाते हैं। इस प्रकार, अभिकथन A सत्य है। Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] रंगीन पदार्थ + [O] → रंगहीन पदार्थ कारण (R): क्लोरीन एक प्रबल ऑक्सीकारक है, न कि प्रबल अपचायक। यह विशेष रूप से अन्य पदार्थों को ऑक्सीकृत करके एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए आसानी से इलेक्ट्रॉन स्वीकार करता है। इसलिए, कारण R असत्य है।

प्रश्न 2

अभिकथन (A): ठंडे, तनु NaOH के साथ क्लोरीन की अभिक्रिया एक असमानुपातन अभिक्रिया है। कारण (R): इस अभिक्रिया में क्लोरीन ऑक्सीकृत और अपचयित दोनों होती है।

हल: सही विकल्प है A) A और R दोनों सत्य हैं और R, A की सही व्याख्या है।

व्याख्या: अभिकथन (A): एक असमानुपातन अभिक्रिया एक प्रकार की रेडॉक्स अभिक्रिया है जिसमें एक ही तत्व एक साथ ऑक्सीकृत और अपचयित होता है। ठंडे, तनु NaOH के साथ क्लोरीन की अभिक्रिया है: Cl₂(0) + 2NaOH → NaCl(-1) + NaClO(+1) + H₂O यहां, क्लोरीन ऑक्सीकरण अवस्था 0 से -1 (NaCl में अपचयित) और +1 (NaClO में ऑक्सीकृत) तक जाती है। इस प्रकार, अभिकथन A सत्य है। कारण (R): जैसा कि ऊपर बताया गया है, क्लोरीन (ऑक्सीकरण अवस्था 0) Cl⁻ (ऑक्सीकरण अवस्था -1) में अपचयित होती है और ClO⁻ (ऑक्सीकरण अवस्था +1) में ऑक्सीकृत होती है। एक ही तत्व का यह एक साथ ऑक्सीकरण और अपचयन असमानुपातन अभिक्रिया की परिभाषा है। इसलिए, कारण R सत्य है और A की सही व्याख्या है।

लघु उत्तरीय प्रश्न

प्रश्न 1

समझाइए कि क्लोरीन विरंजन कारक के रूप में क्यों कार्य करती है। क्या यह स्थायी या अस्थायी रंगों को विरंजित करती है?

आदर्श उत्तर: क्लोरीन अपनी प्रबल ऑक्सीकरण गुण के कारण विरंजन कारक के रूप में कार्य करती है, विशेष रूप से नमी की उपस्थिति में।

1. जल के साथ अभिक्रिया: जब क्लोरीन गैस (Cl₂) जल (H₂O) के संपर्क में आती है, तो यह हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) और हाइपोक्लोरस अम्ल (HOCl) बनाती है। Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq)
2. नवजात ऑक्सीजन का निर्माण: हाइपोक्लोरस अम्ल (HOCl) अस्थिर होता है और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) और अत्यधिक क्रियाशील नवजात ऑक्सीजन ([O]) बनाने के लिए आसानी से अपघटित होता है। HOCl (aq) → HCl (aq) + [O]
3. रंगीन पदार्थों का ऑक्सीकरण: यह नवजात ऑक्सीजन एक प्रबल ऑक्सीकारक है। यह पदार्थ में मौजूद रंगीन कार्बनिक पदार्थ के साथ अभिक्रिया करके उसे एक रंगहीन यौगिक में ऑक्सीकृत करती है। रंगीन पदार्थ + [O] → रंगहीन पदार्थ क्लोरीन स्थायी रंगों को स्थिर रंगहीन उत्पादों में ऑक्सीकृत करके विरंजित करती है। इसकी विरंजन क्रिया स्थायी होती है। यह सल्फर डाइऑक्साइड (SO₂) द्वारा विरंजन के विपरीत है, जो अस्थायी होता है (अपचयन के कारण)।

प्रश्न 2

क्लोरीन गैस के प्रयोगशाला निर्माण का वर्णन कीजिए। अभिक्रिया के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण लिखिए।

आदर्श उत्तर: प्रयोगशाला में, क्लोरीन गैस आमतौर पर सांद्र हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) को मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO₂) जैसे प्रबल ऑक्सीकारक के साथ ऑक्सीकृत करके तैयार की जाती है।

प्रक्रिया:

1. एक गोल पेंदे वाले फ्लास्क में सांद्र हाइड्रोक्लोरिक अम्ल लिया जाता है।
2. फ्लास्क में मैंगनीज डाइऑक्साइड पाउडर मिलाया जाता है।
3. फ्लास्क को धीरे-धीरे गर्म किया जाता है।
4. क्लोरीन गैस निकलती है, जिसे वायु के ऊपर की ओर विस्थापन (क्योंकि यह वायु से भारी होती है) द्वारा या जल से गुजारकर (HCl के धुएं को हटाने के लिए) और फिर सांद्र सल्फ्यूरिक अम्ल (गैस को सुखाने के लिए) से गुजारकर एकत्र किया जा सकता है, संग्रह से पहले।

संतुलित रासायनिक समीकरण: MnO₂ (s) + 4HCl (conc.) → MnCl₂ (aq) + Cl₂ (g) + 2H₂O (l)

वैकल्पिक विधियाँ (पूर्णता के लिए संक्षिप्त उल्लेख):

• पोटेशियम परमैंगनेट (KMnO₄) पर सांद्र HCl की क्रिया द्वारा। 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O + 5Cl₂
• लेड डाइऑक्साइड (PbO₂) पर सांद्र HCl की क्रिया द्वारा। PbO₂ + 4HCl → PbCl₂ + 2H₂O + Cl₂

उच्च-स्तरीय सोच कौशल (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 1

यद्यपि फ्लोरीन क्लोरीन की तुलना में अधिक विद्युतीय तत्व है, और दोनों द्विपरमाणुक अणुओं (F₂ और Cl₂) के रूप में मौजूद हैं, क्लोरीन का उपयोग औद्योगिक विरंजन कारक के रूप में फ्लोरीन की तुलना में अधिक व्यापक रूप से किया जाता है। समझाइए क्यों।

विस्तृत रासायनिक व्याख्या: यह प्रश्न क्रियाशीलता बनाम लागत और नियंत्रण के व्यावहारिक पहलुओं की पड़ताल करता है।

1. क्रियाशीलता और ऑक्सीकरण शक्ति:

   • फ्लोरीन (F₂) आवर्त सारणी में सबसे अधिक विद्युतीय तत्व और सबसे प्रबल ऑक्सीकारक है। इसका मानक इलेक्ट्रोड विभव (E° = F₂/F⁻ के लिए +2.87 V) क्लोरीन (E° = Cl₂/Cl⁻ के लिए +1.36 V) की तुलना में काफी अधिक है। यह इंगित करता है कि F₂ में Cl₂ की तुलना में इलेक्ट्रॉन स्वीकार करने और अपचयित होने (अर्थात, अन्य पदार्थों को ऑक्सीकृत करने) की कहीं अधिक प्रबल प्रवृत्ति होती है।
   • F₂ जल के साथ विस्फोटक और हिंसक रूप से अभिक्रिया करके हाइड्रोफ्लोरिक अम्ल (HF) और ऑक्सीजन (O₂), या कभी-कभी ओजोन (O₃) उत्पन्न करती है, बजाय हाइपोफ्लोरस अम्ल (HOF) बनाने के जो अत्यधिक अस्थिर और विस्फोटक होता है। 2F₂ (g) + 2H₂O (l) → 4HF (aq) + O₂ (g) यह अभिक्रिया अत्यंत तीव्र और नियंत्रित करना कठिन है। O₂ या O₃ का निर्माण का अर्थ है कि F₂ क्लोरीन की तरह HOF अपघटन के माध्यम से नियंत्रित तरीके से विरंजन के लिए आवश्यक नवजात ऑक्सीजन मुख्य रूप से उत्पन्न नहीं करती है।
   • दूसरी ओर, क्लोरीन (Cl₂) जल के साथ मध्यम रूप से अभिक्रिया करके हाइपोक्लोरस अम्ल (HOCl) और हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) बनाती है। Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq) HOCl तब अपघटित होकर नवजात ऑक्सीजन [O] उत्पन्न करता है, जो वास्तविक विरंजन कारक है। HOCl → HCl + [O] यह अभिक्रिया नियंत्रणीय है, जो अत्यधिक खतरों के बिना एक निरंतर और प्रभावी विरंजन क्रिया की अनुमति देती है।

2. नियंत्रण और चयनात्मकता:

   • फ्लोरीन की अत्यधिक क्रियाशीलता इसे अत्यधिक अविवेकी बनाती है। यह लगभग किसी भी चीज़ के साथ अभिक्रिया करती है, जिसमें स्वयं सब्सट्रेट या विरंजन उपकरण के घटक शामिल हैं, जिससे अक्सर चयनात्मक विरंजन के बजाय निम्नीकरण होता है। इसकी अभिक्रियाओं को विनियमित करना कठिन होता है, जिससे यह अधिकांश औद्योगिक विरंजन प्रक्रियाओं के लिए अव्यावहारिक हो जाती है।
   • क्लोरीन की क्रियाशीलता, हालांकि प्रबल है, अधिक मध्यम और नियंत्रणीय है। यह मुख्य रूप से पदार्थों में क्रोमोफोरस (रंग-प्रदान करने वाले समूह) को ऑक्सीकृत करती है, बिना सामग्री को अत्यधिक निम्नीकृत किए, विशेष रूप से नियंत्रित परिस्थितियों में (जैसे, विशिष्ट pH, तापमान)।

3. लागत और रख-रखाव:

   • फ्लोरीन अपनी अत्यधिक क्रियाशीलता और संक्षारक प्रकृति के कारण उत्पादन और सुरक्षित रूप से संभालने में बहुत अधिक महंगी है। विशेष, निष्क्रिय उपकरण की आवश्यकता होती है, जिससे परिचालन लागत बढ़ जाती है।
   • क्लोरीन का उत्पादन अपेक्षाकृत सस्ता है और इसका रख-रखाव, हालांकि सावधानियों की आवश्यकता होती है, औद्योगिक पैमाने पर बहुत कम मांग वाला और अधिक प्रबंधनीय है।

संक्षेप में, फ्लोरीन एक प्रबल ऑक्सीकारक होने के बावजूद, जल और अन्य सामग्रियों के साथ इसकी अनियंत्रित और अविवेकी क्रियाशीलता, उच्च लागत और सुरक्षा संबंधी चिंताओं के साथ, इसे अधिकांश औद्योगिक विरंजन अनुप्रयोगों के लिए अनुपयुक्त बनाती है। क्लोरीन, अपनी अधिक मध्यम और नियंत्रणीय ऑक्सीकरण शक्ति और जलीय घोल में कुशलता से नवजात ऑक्सीजन उत्पन्न करने की क्षमता के साथ, एक अधिक व्यावहारिक और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला विरंजन कारक साबित होता है।