क्लोरीनचे रसायनशास्त्र (Cl) - सराव प्रश्न

बहुपर्यायी प्रश्न (MCQs)

प्रश्न 1

क्लोरीन वायू थंड, विरल जलीय सोडिअम हायड्रॉक्साइडसोबत अभिक्रिया करून काय तयार करतो? A) सोडिअम क्लोरेट आणि सोडिअम क्लोराईड B) सोडिअम हायपोक्लोराईट आणि सोडिअम क्लोराईड C) सोडिअम क्लोराईड आणि पाणी D) सोडिअम क्लोराईट आणि सोडिअम क्लोराईड

उत्तर: योग्य पर्याय B) सोडिअम हायपोक्लोराईट आणि सोडिअम क्लोराईड आहे.

स्पष्टीकरण: अल्कलींसोबत क्लोरीनची विषम-अनुपातिक (disproportionation) अभिक्रिया होते. थंड आणि विरल NaOH सोबत क्लोरीन सोडिअम हायपोक्लोराईट (NaClO) आणि सोडिअम क्लोराईड (NaCl) तयार करतो. अभिक्रिया अशी आहे: Cl₂ + 2NaOH (cold, dilute) → NaCl + NaClO + H₂O या अभिक्रियेत, क्लोरीनचे एकाच वेळी ऑक्सिडीकरण (NaClO मध्ये +1 पर्यंत) आणि क्षपण (NaCl मध्ये -1 पर्यंत) होते.

प्रश्न 2

क्लोरीनची विरंजक क्रिया कशामुळे होते? A) ऑक्सिडीकरण B) क्षपण C) क्लोरिनीकरण D) हायड्रोजनीकरण

उत्तर: योग्य पर्याय A) ऑक्सिडीकरण आहे.

स्पष्टीकरण: क्लोरीन त्याच्या ऑक्सिडीकरण गुणधर्मामुळे विरंजक म्हणून कार्य करतो. आर्द्रतेच्या उपस्थितीत, क्लोरीन नवजात ऑक्सिजन ([O]) मुक्त करतो, जो विरंजक क्रियेसाठी जबाबदार असतो. ही प्रक्रिया रंगीत पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण करून त्यांना रंगहीन बनवते. Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] (नवजात ऑक्सिजन) रंगीत पदार्थ + [O] → रंगहीन पदार्थ

प्रश्न 3

क्लोरीनबद्दल खालीलपैकी कोणते विधान चुकीचे आहे? A) तो हिरवट-पिवळा वायू आहे. B) त्याला तीव्र आणि त्रासदायक वास असतो. C) तो पाण्यात अल्प प्रमाणात विद्राव्य असतो. D) तो फ्लोरीनपेक्षा अधिक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे.

उत्तर: योग्य पर्याय D) तो फ्लोरीनपेक्षा अधिक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे.

स्पष्टीकरण: A) क्लोरीन हा खरंच हिरवट-पिवळा वायू आहे. B) क्लोरीनला विशिष्ट तीव्र आणि त्रासदायक वास असतो. C) क्लोरीन पाण्यात मध्यम प्रमाणात विद्राव्य असतो, क्लोरिन पाणी तयार करतो. D) फ्लोरीन हे सर्वात जास्त इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह मूलद्रव्य आहे आणि क्लोरीनसह सर्व हॅलोजन्समध्ये सर्वात शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे. ऑक्सिडीकरण शक्ती गटात F₂ पासून I₂ पर्यंत कमी होते.

विधान-कारण प्रश्न

खालील प्रश्नांमध्ये दोन विधाने आहेत, एक विधान (A) आणि दुसरे कारण (R). या दोन विधानांचे काळजीपूर्वक परीक्षण करा आणि विधान (A) आणि कारण (R) स्वतंत्रपणे सत्य आहेत का आणि कारण (R) हे विधान (A) चे योग्य स्पष्टीकरण आहे का ते ठरवा. खाली दिलेल्या पर्यायांमधून आपले उत्तर निवडा: 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.

प्रश्न 1

विधान (A): क्लोरीन आर्द्रतेच्या उपस्थितीत विरंजक म्हणून कार्य करतो. कारण (R): क्लोरीन एक शक्तिशाली क्षपणकारक आहे.

उत्तर: योग्य पर्याय C) A सत्य आहे परंतु R असत्य आहे.

स्पष्टीकरण: विधान (A): क्लोरीन आर्द्रतेच्या उपस्थितीत हायपोक्लोरस आम्ल (HOCl) तयार करतो, जे अस्थिर असते आणि नवजात ऑक्सिजन देण्यासाठी विघटित होते, ज्यामुळे रंगीत पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण होऊन ते रंगहीन होतात. म्हणून, विधान A सत्य आहे. Cl₂ + H₂O → HCl + HOCl HOCl → HCl + [O] रंगीत पदार्थ + [O] → रंगहीन पदार्थ कारण (R): क्लोरीन एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे, क्षपणकारक नाही. ते स्थिर अष्टक प्राप्त करण्यासाठी सहजपणे इलेक्ट्रॉन स्वीकारते, विशेषतः इतर पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण करून. म्हणून, कारण R असत्य आहे.

प्रश्न 2

विधान (A): थंड, विरल NaOH सोबत क्लोरीनची अभिक्रिया ही विषम-अनुपातिक (disproportionation) अभिक्रिया आहे. कारण (R): या अभिक्रियेत, क्लोरीनचे ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण दोन्ही होते.

उत्तर: योग्य पर्याय A) A आणि R दोन्ही सत्य आहेत आणि R हे A चे योग्य स्पष्टीकरण आहे.

स्पष्टीकरण: विधान (A): विषम-अनुपातिक (disproportionation) अभिक्रिया ही एक प्रकारची रेडॉक्स अभिक्रिया आहे, ज्यात एकाच मूलद्रव्याचे एकाच वेळी ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण होते. थंड, विरल NaOH सोबत क्लोरीनची अभिक्रिया अशी आहे: Cl₂(0) + 2NaOH → NaCl(-1) + NaClO(+1) + H₂O येथे, क्लोरीनची ऑक्सिडीकरण अवस्था 0 वरून -1 (NaCl मध्ये क्षपण) आणि +1 (NaClO मध्ये ऑक्सिडीकरण) पर्यंत जाते. म्हणून, विधान A सत्य आहे. कारण (R): वर स्पष्ट केल्याप्रमाणे, क्लोरीनचे (ऑक्सिडीकरण अवस्था 0) Cl⁻ (ऑक्सिडीकरण अवस्था -1) मध्ये क्षपण होते आणि ClO⁻ (ऑक्सिडीकरण अवस्था +1) मध्ये ऑक्सिडीकरण होते. एकाच मूलद्रव्याचे एकाच वेळी ऑक्सिडीकरण आणि क्षपण ही विषम-अनुपातिक अभिक्रियेची व्याख्या आहे. म्हणून, कारण R सत्य आहे आणि A चे योग्य स्पष्टीकरण आहे.

लघुत्तरी प्रश्न

प्रश्न 1

क्लोरीन विरंजक म्हणून का कार्य करतो हे स्पष्ट करा. तो कायमस्वरूपी रंग विरंजित करतो की तात्पुरते?

आदर्श उत्तर: क्लोरीन त्याच्या शक्तिशाली ऑक्सिडीकरण गुणधर्मामुळे, विशेषतः आर्द्रतेच्या उपस्थितीत, विरंजक म्हणून कार्य करतो.

1. पाण्यासोबत अभिक्रिया: जेव्हा क्लोरीन वायू (Cl₂) पाण्याच्या (H₂O) संपर्कात येतो, तेव्हा हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) आणि हायपोक्लोरस आम्ल (HOCl) तयार होते. Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq)
2. नवजात ऑक्सिजनची निर्मिती: हायपोक्लोरस आम्ल (HOCl) अस्थिर असते आणि सहजपणे विघटित होऊन हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) आणि अत्यंत क्रियाशील नवजात ऑक्सिजन ([O]) तयार करते. HOCl (aq) → HCl (aq) + [O]
3. रंगीत पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण: हा नवजात ऑक्सिजन एक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे. तो पदार्थांमध्ये उपस्थित रंगीत सेंद्रिय पदार्थांशी अभिक्रिया करून त्यांचे ऑक्सिडीकरण करतो आणि त्यांना रंगहीन संयुगांमध्ये रूपांतरित करतो. Colored substance + [O] → Colourless substance क्लोरीन कायमस्वरूपी रंग ऑक्सिडीकरण करून स्थिर रंगहीन उत्पादनांमध्ये रूपांतरित करून विरंजित करतो. त्याची विरंजक क्रिया कायमस्वरूपी असते. हे सल्फर डायऑक्साइड (SO₂) द्वारे होणाऱ्या विरंजनापेक्षा वेगळे आहे, जे तात्पुरते असते (क्षपणामुळे).

प्रश्न 2

क्लोरीन वायूच्या प्रयोगशाळेतील निर्मितीचे वर्णन करा. अभिक्रियेचे संतुलित रासायनिक समीकरण लिहा.

आदर्श उत्तर: प्रयोगशाळेत, क्लोरीन वायू सामान्यतः तीव्र हायड्रोक्लोरिक आम्लाचे (HCl) मॅंगनीज डायऑक्साइड (MnO₂) सारख्या शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक एजंटने ऑक्सिडीकरण करून तयार केला जातो.

प्रक्रिया:

1. एक गोल-बुडाच्या फ्लास्कमध्ये तीव्र हायड्रोक्लोरिक आम्ल घेतले जाते.
2. फ्लास्कमध्ये मॅंगनीज डायऑक्साइड पावडर टाकली जाते.
3. फ्लास्क हलके गरम केले जाते.
4. क्लोरीन वायू उत्सर्जित होतो, जो हवेच्या वरच्या बाजूने विस्थापन करून (कारण तो हवेपेक्षा जास्त घन असतो) किंवा पाण्यामधून (HCl चे धुके काढण्यासाठी) आणि नंतर तीव्र सल्फ्यूरिक आम्लातून (वायूला कोरडे करण्यासाठी) पाठवून गोळा केला जाऊ शकतो.

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

पर्यायी पद्धती (पूर्णतेसाठी संक्षिप्त उल्लेख):

• पोटॅशियम परमँगनेट (KMnO₄) वर तीव्र HCl च्या क्रियेने. 2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O + 5Cl₂
• लेड डायऑक्साइड (PbO₂) वर तीव्र HCl च्या क्रियेने. PbO₂ + 4HCl → PbCl₂ + 2H₂O + Cl₂

उच्च-स्तरीय विचार कौशल्ये (HOTS) प्रश्न

प्रश्न 1

जरी फ्लोरीन क्लोरीनपेक्षा अधिक इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह मूलद्रव्य असले आणि दोन्ही द्वि-अणू रेणू (F₂ आणि Cl₂) म्हणून अस्तित्वात असले तरी, औद्योगिक विरंजक म्हणून फ्लोरीनपेक्षा क्लोरीनचा जास्त वापर केला जातो. का ते स्पष्ट करा.

सविस्तर रासायनिक स्पष्टीकरण: हा प्रश्न प्रतिक्रियाशीलतेच्या व्यावहारिक पैलूंची तपासणी करतो ज्यात खर्च आणि नियंत्रण यांचा समावेश आहे.

1. प्रतिक्रियाशीलता आणि ऑक्सिडीकरण शक्ती:

   • फ्लोरीन (F₂) हे आवर्त सारणीतील सर्वात इलेक्ट्रोनेगेटिव्ह मूलद्रव्य आणि सर्वात शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक आहे. त्याची मानक इलेक्ट्रोड संभाव्यता (E° = +2.87 V, F₂/F⁻ साठी) क्लोरीनपेक्षा (E° = +1.36 V, Cl₂/Cl⁻ साठी) लक्षणीयरीत्या जास्त आहे. याचा अर्थ F₂ मध्ये इलेक्ट्रॉन स्वीकारण्याची आणि क्षपित होण्याची (म्हणजे इतर पदार्थांचे ऑक्सिडीकरण करण्याची) Cl₂ च्या तुलनेत खूप जास्त प्रवृत्ती आहे.
   • F₂ पाण्यासोबत स्फोटक आणि हिंसकपणे अभिक्रिया करून हायड्रोफ्लोरिक आम्ल (HF) आणि ऑक्सिजन (O₂) किंवा कधीकधी ओझोन (O₃) तयार करते, हायपोफ्लोरस आम्ल (HOF) तयार करण्याऐवजी, जे अत्यंत अस्थिर आणि स्फोटक असते. 2F₂ (g) + 2H₂O (l) → 4HF (aq) + O₂ (g) ही अभिक्रिया अत्यंत जोरदार आणि नियंत्रित करणे कठीण आहे. O₂ किंवा O₃ च्या निर्मितीमुळे F₂ क्लोरीनप्रमाणे HOF च्या विघटनाद्वारे नियंत्रित पद्धतीने विरंजनासाठी आवश्यक असलेला नवजात ऑक्सिजन प्रामुख्याने तयार करत नाही.
   • दुसरीकडे, क्लोरीन (Cl₂) पाण्यासोबत मध्यम प्रमाणात अभिक्रिया करून हायपोक्लोरस आम्ल (HOCl) आणि हायड्रोक्लोरिक आम्ल (HCl) तयार करते. Cl₂ (g) + H₂O (l) → HCl (aq) + HOCl (aq) नंतर HOCl विघटित होऊन नवजात ऑक्सिजन [O] तयार करते, जो वास्तविक विरंजक आहे. HOCl → HCl + [O] ही अभिक्रिया नियंत्रित करण्यायोग्य आहे, ज्यामुळे जास्त धोका न घेता एक स्थिर आणि प्रभावी विरंजक क्रिया मिळते.

2. नियंत्रण आणि निवडकता:

   • फ्लोरीनची तीव्र प्रतिक्रियाशीलता त्याला अत्यंत अविवेकी बनवते. ते अक्षरशः कोणत्याही गोष्टीशी अभिक्रिया करते, ज्यात स्वतः पदार्थ किंवा विरंजन उपकरणाचे घटक देखील असतात, ज्यामुळे अनेकदा निवडक विरंजनाऐवजी ऱ्हास होतो. त्याच्या अभिक्रिया नियंत्रित करणे कठीण असते, ज्यामुळे ते बहुतेक औद्योगिक विरंजन प्रक्रियांसाठी अव्यवहार्य ठरते.
   • क्लोरीनची प्रतिक्रियाशीलता, जरी शक्तिशाली असली तरी, अधिक मध्यम आणि नियंत्रित करण्यायोग्य आहे. ते मुख्यत्वे पदार्थांमधील क्रोमोफोर्सचे (रंग देणारे गट) ऑक्सिडीकरण करते, पदार्थाला जास्त प्रमाणात खराब न करता, विशेषतः नियंत्रित परिस्थितीत (उदा. विशिष्ट pH, तापमान).

3. खर्च आणि हाताळणी:

   • फ्लोरीन त्याच्या अत्यंत प्रतिक्रियाशीलतेमुळे आणि संक्षारक स्वरूपामुळे तयार करणे आणि सुरक्षितपणे हाताळणे खूप महाग आहे. विशेष, निष्क्रिय उपकरणांची आवश्यकता असते, ज्यामुळे परिचालन खर्च वाढतो.
   • क्लोरीन तयार करणे तुलनेने स्वस्त आहे आणि त्याची हाताळणी, जरी सावधगिरी आवश्यक असली तरी, औद्योगिक स्तरावर फार कमी मागणी करणारी आणि अधिक व्यवस्थापकीय आहे.

सारांश, फ्लोरीन अधिक शक्तिशाली ऑक्सिडीकारक असूनही, पाणी आणि इतर पदार्थांसोबतची त्याची अनियंत्रित आणि अविवेकी प्रतिक्रियाशीलता, तसेच जास्त खर्च आणि सुरक्षा समस्यांमुळे, ते बहुतेक औद्योगिक विरंजन अनुप्रयोगांसाठी अयोग्य ठरते. क्लोरीन, त्याच्या अधिक मध्यम आणि नियंत्रित ऑक्सिडीकरण शक्तीमुळे आणि जलीय द्रावणांमध्ये कार्यक्षमतेने नवजात ऑक्सिजन तयार करण्याच्या क्षमतेमुळे, अधिक व्यावहारिक आणि मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाणारे विरंजक म्हणून सिद्ध झाले आहे.