कॅल्शियमचे रसायनशास्त्र (Ca) - सराव प्रश्न

बहुपर्यायी प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

कॅल्शियमबद्दल खालीलपैकी कोणते विधान चुकीचे आहे?

A) ते थंड पाण्याबरोबर मध्यम गतीने अभिक्रिया करते आणि हायड्रोजन वायू उत्सर्जित करते. B) ते हवेत जळते तेव्हा ऑक्साईड आणि नायट्राइडचे मिश्रण तयार होते. C) त्याची संयुगे साधारणपणे आयनिक स्वरूपाची असतात. D) ते एक मजबूत ऑक्सिडायझिंग एजंट आहे.

उत्तर: D

स्पष्टीकरण: कॅल्शियम हा अल्कधर्मी मृदा धातू आहे (गट 2 मूलद्रव्य). धातू, विशेषतः s-खंडातील मूलद्रव्ये, सहजपणे इलेक्ट्रॉन गमावून धन आयन तयार करतात. या गुणधर्मामुळे ते मजबूत क्षपणक (reducing agents) बनतात, कारण ते स्वतः ऑक्सिडाइज्ड होतात आणि इतरांना क्षपण करतात. त्यामुळे, कॅल्शियम एक मजबूत क्षपणक आहे, ऑक्सिडायझिंग एजंट नाही.

• A) कॅल्शियम थंड पाण्याबरोबर अभिक्रिया करते, जरी गट 1 मधील धातूंपेक्षा कमी तीव्रतेने, Ca(OH)₂ आणि H₂ वायू तयार करते.
• B) जेव्हा कॅल्शियम हवेत जळते, तेव्हा ते कॅल्शियम ऑक्साईड (CaO) आणि कॅल्शियम नायट्राइड (Ca₃N₂) तयार करते.
• C) कॅल्शियम आणि अधातूंमधील लक्षणीय विद्युतऋणता फरकामुळे, त्याची संयुगे (जसे की CaO, CaCl₂, CaCO₃) प्रामुख्याने आयनिक असतात.

---

प्रश्न 2

प्लास्टर ऑफ पॅरिस रासायनिक दृष्ट्या आहे:

A) कॅल्शियम सल्फेट डायहायड्रेट B) कॅल्शियम सल्फेट हेमिहायड्रेट C) कॅल्शियम कार्बोनेट D) कॅल्शियम क्लोराईड

उत्तर: B

स्पष्टीकरण: प्लास्टर ऑफ पॅरिस हे कॅल्शियम सल्फेट हेमिहायड्रेट आहे, ज्याचे रासायनिक सूत्र CaSO₄·½H₂O आहे. ते जिप्सम (CaSO₄·2H₂O) ला सुमारे 373 K (100°C) पर्यंत गरम करून तयार केले जाते, ज्यामुळे ते त्याच्या स्फटिकजलापैकी तीन-चतुर्थांश पाणी गमावते.

• कॅल्शियम सल्फेट डायहायड्रेट म्हणजे जिप्सम (CaSO₄·2H₂O).
• कॅल्शियम कार्बोनेट म्हणजे खडू, चुनखडी किंवा संगमरवर (CaCO₃).
• कॅल्शियम क्लोराईड (CaCl₂) हे एक आर्द्रताशोषक मीठ आहे जे अनेकदा शुष्कक म्हणून वापरले जाते.

---

प्रश्न 3

पाण्याची तात्पुरती कठोरता प्रामुख्याने कशामुळे असते?

A) कॅल्शियम सल्फेट आणि मॅग्नेशियम सल्फेट B) कॅल्शियम क्लोराईड आणि मॅग्नेशियम क्लोराईड C) कॅल्शियम बायकार्बोनेट आणि मॅग्नेशियम बायकार्बोनेट D) कॅल्शियम कार्बोनेट आणि मॅग्नेशियम कार्बोनेट

उत्तर: C

स्पष्टीकरण: पाण्यातील तात्पुरती कठोरता कॅल्शियम [Ca(HCO₃)₂] आणि मॅग्नेशियम [Mg(HCO₃)₂] च्या विद्राव्य बायकार्बोनेटमुळे होते. या प्रकारच्या कठोरतेला “तात्पुरती” म्हणतात कारण ती साध्या उकळण्याने काढून टाकता येते, ज्यामुळे विद्राव्य बायकार्बोनेट अविद्राव्य कार्बोनेटमध्ये (किंवा मॅग्नेशियमच्या बाबतीत हायड्रॉक्साईडमध्ये) रूपांतरित होतात, जे नंतर अवक्षेपित होतात.

• A) कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियमचे सल्फेट कायमस्वरूपी कठोरता निर्माण करतात.
• B) कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियमचे क्लोराईड कायमस्वरूपी कठोरता निर्माण करतात.
• D) कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियमचे कार्बोनेट साधारणपणे अविद्राव्य असतात; त्यांचे विद्राव्य बायकार्बोनेट तात्पुरत्या कठोरतेसाठी जबाबदार असतात.

---

विधान-कारण प्रश्न

प्रश्न 4

विधान (A): कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड, Ca(OH)₂, हे मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड, Mg(OH)₂ पेक्षा जास्त मजबूत आम्लारी आहे. कारण (R): गटात खाली जाताना, विद्युतऋणता कमी झाल्यामुळे आणि अणुचा आकार वाढल्यामुळे M-OH बंधाचा आयनिक गुणधर्म वाढतो, ज्यामुळे OH⁻ आयन सहजपणे बाहेर पडण्यास मदत होते.

A) A आणि R दोन्ही सत्य आहेत आणि R हे A चे योग्य स्पष्टीकरण आहे. B) A आणि R दोन्ही सत्य आहेत, परंतु R हे A चे योग्य स्पष्टीकरण नाही. C) A सत्य आहे, परंतु R असत्य आहे. D) A असत्य आहे, परंतु R सत्य आहे.

उत्तर: A

स्पष्टीकरण: विधान (A) सत्य आहे. गट 2 मध्ये खाली जाताना, हायड्रॉक्साईडची आम्लारियता (basicity) वाढते. त्यामुळे, Ca(OH)₂ हे Mg(OH)₂ पेक्षा अधिक मजबूत आम्लारी आहे, कारण Ca(OH)₂ पाण्यात अधिक विद्राव्य आहे आणि अधिक प्रमाणात विघटित होऊन अधिक OH⁻ आयन मुक्त करते.

कारण (R) देखील सत्य आहे आणि ते A चे योग्य स्पष्टीकरण आहे. Mg पासून Ca पर्यंत गटात खाली जाताना, अणुचा आकार वाढतो आणि विद्युतऋणता कमी होते. यामुळे M-OH बंधाचा आयनिक गुणधर्म वाढतो (Ca-OH बंध हा Mg-OH बंधापेक्षा अधिक आयनिक असतो). अधिक आयनिक M-OH बंध म्हणजे धातू आणि ऑक्सिजनमधील बंध कमकुवत असतो, ज्यामुळे हायड्रॉक्साईड आयन (OH⁻) धातूपासून सहजपणे वेगळे होणे सोपे होते, त्यामुळे आम्लारीची शक्ती वाढते.

---

प्रश्न 5

विधान (A): कॅल्शियम सोडिअमपेक्षा पाण्याबरोबर कमी तीव्रतेने अभिक्रिया करते. कारण (R): कॅल्शियमचे मोलर वस्तुमान सोडिअमपेक्षा जास्त आहे.

A) A आणि R दोन्ही सत्य आहेत आणि R हे A चे योग्य स्पष्टीकरण आहे. B) A आणि R दोन्ही सत्य आहेत, परंतु R हे A चे योग्य स्पष्टीकरण नाही. C) A सत्य आहे, परंतु R असत्य आहे. D) A असत्य आहे, परंतु R सत्य आहे.

उत्तर: C

स्पष्टीकरण: विधान (A) सत्य आहे. सोडिअम (गट 1) थंड पाण्याबरोबर उच्च अभिक्रियाशीलतेमुळे आणि उत्सर्जित हायड्रोजनच्या त्वरित ज्वलनामुळे स्फोटकपणे अभिक्रिया करते. कॅल्शियम (गट 2) थंड पाण्याबरोबर अभिक्रिया करते, परंतु अभिक्रिया कमी तीव्रतेची असते. तयार झालेले Ca(OH)₂ कमी विद्राव्य असते आणि ते धातूच्या पृष्ठभागावर आवरण तयार करते, ज्यामुळे अभिक्रियाची गती मंदावते.

कारण (R) असत्य आहे. कॅल्शियमचे मोलर वस्तुमान (40.08 g/mol) सोडिअमपेक्षा (22.99 g/mol) जास्त असले तरी, मोलर वस्तुमान हे पाण्याबरोबरच्या अभिक्रियेची तीव्रता ठरवणारे मुख्य घटक नाही. पाण्याबरोबर धातूंच्या अभिक्रियाशीलतेचे मुख्य नियंत्रण त्यांच्या मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यतेने, आयनीकरण एन्थाल्पीने आणि जलयोजन एन्थाल्पीने होते. सोडिअममध्ये कॅल्शियमच्या तुलनेत कमी पहिली आयनीकरण एन्थाल्पी आणि अधिक ऋण मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यता असते, ज्यामुळे ते अधिक अभिक्रियाशील बनते. याव्यतिरिक्त, कॅल्शियमला दोन इलेक्ट्रॉन गमावण्यासाठी सोडिअमला एक इलेक्ट्रॉन गमावण्यापेक्षा जास्त ऊर्जा लागते.

---

लघुत्तरी प्रश्न

प्रश्न 6

जेव्हा जिप्समला 393 K पर्यंत गरम केले जाते, तेव्हा रासायनिकदृष्ट्या काय होते ते स्पष्ट करा. अभिक्रियेसाठी संतुलित रासायनिक समीकरण लिहा.

आदर्श उत्तर: जेव्हा जिप्सम (कॅल्शियम सल्फेट डायहायड्रेट, CaSO₄·2H₂O) ला अंदाजे 393 K (120°C) पर्यंत गरम केले जाते, तेव्हा ते त्याचे स्फटिकजल अंशतः गमावते. ते कॅल्शियम सल्फेट हेमिहायड्रेट (CaSO₄·½H₂O) तयार करते, जे सामान्यतः प्लास्टर ऑफ पॅरिस म्हणून ओळखले जाते, आणि 1.5 पाण्याचे रेणू मुक्त करते.

जर जिप्समला 393 K पेक्षा जास्त तापमानावर गरम केले, तर ते त्याचे सर्व स्फटिकजल गमावून निर्जल कॅल्शियम सल्फेट (CaSO₄) तयार करते, ज्याला ‘डेड बर्न प्लास्टर’ असेही म्हणतात, आणि ते त्याचे सेट होण्याचे गुणधर्म गमावते.

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

---

प्रश्न 7

पाण्याची तात्पुरती कठोरता उकळण्याच्या पद्धतीने कशी दूर केली जाते? कॅल्शियम आणि मॅग्नेशियम बायकार्बोनेटसाठी संबंधित रासायनिक समीकरणे लिहा.

आदर्श उत्तर: पाण्याची तात्पुरती कठोरता कॅल्शियम [Ca(HCO₃)₂] आणि मॅग्नेशियम [Mg(HCO₃)₂] च्या विद्राव्य बायकार्बोनेटच्या उपस्थितीमुळे होते. ही कठोरता पाणी उकळून दूर केली जाऊ शकते.

गरम केल्यावर, विद्राव्य बायकार्बोनेट अविद्राव्य कार्बोनेटमध्ये (कॅल्शियमच्या बाबतीत) आणि अविद्राव्य हायड्रॉक्साईडमध्ये (मॅग्नेशियमच्या बाबतीत) विघटित होतात, जे नंतर द्रावणातून अवक्षेपित होतात. हे अवक्षेप गाळून काढून टाकले जाऊ शकतात, ज्यामुळे पाणी मृदू होते.

रासायनिक समीकरणे:

1. कॅल्शियम बायकार्बोनेटसाठी: Ca(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ CaCO₃(s)\downarrow + H₂O(l) + CO₂(g) (कॅल्शियम कार्बोनेट अवक्षेपित होते)

2. मॅग्नेशियम बायकार्बोनेटसाठी: Mg(HCO₃)₂(aq) $\xrightarrow\{\text\{heat\}\}$ Mg(OH)₂(s)\downarrow + 2CO₂(g) (मॅग्नेशियम हायड्रॉक्साईड अवक्षेपित होते, कारण MgCO₃ अस्थिर असते आणि उच्च तापमानावर Mg(OH)₂ मध्ये जलविघटन होते)

---

उच्च-स्तरीय विचार कौशल्ये (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 8

एक पांढरा स्थायू ‘X’ गरम केल्यावर रंगहीन वायू ‘Y’ आणि अवशेष ‘Z’ देतो. वायू ‘Y’ चुन्याचे पाणी (lime water) दुधाळ करतो. अवशेष ‘Z’ पाण्याबरोबर तीव्रतेने अभिक्रिया करून ‘P’ तयार करतो, ज्याचा वापर मोठ्या प्रमाणावर भिंतींना पांढरा रंग देण्यासाठी (whitewashing) केला जातो. X, Y, Z आणि P ओळखा. संबंधित सर्व अभिक्रियांसाठी संतुलित रासायनिक समीकरणे लिहा.

आदर्श उत्तर:

X, Y, Z आणि P ची ओळख:

1. वायू ‘Y’ चुन्याचे पाणी दुधाळ करतो: ही कार्बन डायऑक्साइडची (CO₂) एक वैशिष्ट्यपूर्ण चाचणी आहे. म्हणून, Y = CO₂.
2. पांढरा स्थायू ‘X’ गरम केल्यावर वायू ‘Y’ (CO₂) आणि अवशेष ‘Z’ देतो: हे दर्शवते की X हे एक कार्बोनेट आहे जे गरम केल्यावर विघटित होते. Z पाण्याबरोबर अभिक्रिया करून ‘P’ (भिंतींना पांढरा रंग देण्यासाठी वापरले जाते) तयार करत असल्याने, आणि भिंतींना पांढरा रंग देण्यासाठी विझवलेला चुना [Ca(OH)₂] वापरला जात असल्याने, याचा अर्थ Z हा कळीचा चुना (CaO) आहे, जो पाण्याबरोबर अभिक्रिया करून Ca(OH)₂ तयार करतो. म्हणून, X हे कॅल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃) असले पाहिजे.
3. अवशेष ‘Z’ पाण्याबरोबर अभिक्रिया करून ‘P’ तयार करतो: जर X हे CaCO₃ आणि Y हे CO₂ असेल, तर CaCO₃ च्या विघटनातून तयार झालेला अवशेष ‘Z’ हा कॅल्शियम ऑक्साईड (कळीचा चुना) असला पाहिजे. म्हणून, Z = CaO.
4. ‘P’ चा वापर मोठ्या प्रमाणावर भिंतींना पांढरा रंग देण्यासाठी केला जातो: जेव्हा कळीचा चुना (CaO) पाण्याबरोबर अभिक्रिया करतो, तेव्हा तो कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड (विझवलेला चुना) तयार करतो, ज्याचा वापर भिंतींना पांढरा रंग देण्यासाठी केला जातो. म्हणून, P = Ca(OH)₂.

ओळखांची सारांश:

• X = कॅल्शियम कार्बोनेट (CaCO₃)
• Y = कार्बन डायऑक्साइड (CO₂)
• Z = कॅल्शियम ऑक्साईड (CaO)
• P = कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड (Ca(OH)₂)

संतुलित रासायनिक समीकरणे:

1. X (CaCO₃) चे Y (CO₂) आणि Z (CaO) मध्ये विघटन: CaCO₃(s) $\xrightarrow\{\Delta\}$ CaO(s) + CO₂(g)

2. चुन्याच्या पाण्याने (Ca(OH)₂ - P चा भाग) Y (CO₂) ची चाचणी: CO₂(g) + Ca(OH)₂(aq) $\rightarrow$ CaCO₃(s)\downarrow + H₂O(l) (अविद्राव्य CaCO₃ च्या निर्मितीमुळे दुधाळपणा येतो)

3. P (Ca(OH)₂) तयार करण्यासाठी Z (CaO) ची पाण्याबरोबर अभिक्रिया: CaO(s) + H₂O(l) $\rightarrow$ Ca(OH)₂(aq) (ही अभिक्रिया अत्यंत उष्णतादायी आहे आणि तिला चुना विझवणे असे म्हणतात)