సల్ఫర్ (S) యొక్క రసాయనశాస్త్రం - అభ్యాస ప్రశ్నలు

బహుళైచ్ఛిక ప్రశ్నలు (MCQs)

Q1: సల్ఫర్ యొక్క అల్లోట్రోప్‌లు

గది ఉష్ణోగ్రత (25°C) వద్ద స్థిరంగా ఉండే మరియు S₈ రింగుల రూపంలో ఉండే సల్ఫర్ యొక్క అల్లోట్రోప్ ఏది? (A) మోనోక్లినిక్ సల్ఫర్ (B) రాంబిక్ సల్ఫర్ (C) ప్లాస్టిక్ సల్ఫర్ (D) కొల్లాయిడల్ సల్ఫర్

సరైన సమాధానం: (B)

వివరణ: ఆల్ఫా-సల్ఫర్, దీనిని రాంబిక్ సల్ఫర్ అని కూడా అంటారు, ఇది 95.6°C (గది ఉష్ణోగ్రత) కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సల్ఫర్ యొక్క అత్యంత స్థిరమైన అల్లోట్రోపిక్ రూపం. ఇది S₈ పక్కర్డ్ రింగ్ నిర్మాణాలను కలిగి ఉంటుంది, ఇక్కడ ప్రతి సల్ఫర్ పరమాణువు ఇతర రెండు సల్ఫర్ పరమాణువులకు బంధించబడి ఉంటుంది.

Q2: SO₂ యొక్క రెడాక్స్ ధర్మాలు

సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) ఆక్సీకరణ కారకం మరియు క్షయకరణ కారకం రెండింటిగా పని చేయగలదు. కింది ప్రతిచర్యలలో ఏది దాని క్షయకరణ స్వభావాన్ని ఉత్తమంగా ఉదాహరిస్తుంది? (A) SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O (B) SO₂ + Cl₂ → SO₂Cl₂ (C) SO₂ + 2NaOH → Na₂SO₃ + H₂O (D) SO₂ + 2Mg → 2MgO + S

సరైన సమాధానం: (B)

వివరణ: SO₂ క్షయకరణ కారకంగా పని చేయడానికి, సల్ఫర్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి పెరగాలి.

• ప్రతిచర్య (A)లో, సల్ఫర్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి +4 (SO₂లో) నుండి 0 (Sలో)కి మారుతుంది. ఇది క్షయకరణం, కాబట్టి SO₂ ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.
• ప్రతిచర్య (B)లో, సల్ఫర్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి +4 (SO₂లో) నుండి +6 (SO₂Cl₂లో)కి మారుతుంది. ఇది ఆక్సీకరణం, అంటే SO₂ Cl₂కి ఎలక్ట్రాన్‌లను దానం చేయడం ద్వారా క్షయకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.
• ప్రతిచర్య (C)లో, SO₂ ఒక క్షారంతో ఆమ్ల ఆక్సైడ్‌గా పనిచేస్తుంది, ఇది ఆమ్ల-క్షార ప్రతిచర్య, ప్రాథమికంగా రెడాక్స్ ప్రతిచర్య కాదు.
• ప్రతిచర్య (D)లో, సల్ఫర్ యొక్క ఆక్సీకరణ స్థితి +4 (SO₂లో) నుండి 0 (Sలో)కి మారుతుంది. ఇది క్షయకరణం, కాబట్టి SO₂ ఆక్సీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.

Q3: కాంటాక్ట్ ప్రాసెస్ వివరాలు

సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం తయారీకి కాంటాక్ట్ ప్రాసెస్‌లో, సల్ఫర్ ట్రైయాక్సైడ్ (SO₃)ని నేరుగా నీటిలో గ్రహించకుండా 98% H₂SO₄లో గ్రహిస్తారు. దీనికి ప్రధాన కారణం: (A) SO₃ నీటిలో కరగదు. (B) SO₃ నీటితో నేరుగా ప్రతిచర్య అధిక ఉష్ణమోచకం, ఇది H₂SO₄ యొక్క దట్టమైన పొగమంచును ఏర్పరుస్తుంది, ఇది ఘనీభవించడం కష్టం. (C) 98% H₂SO₄ SO₃ యొక్క హైడ్రేషన్ కోసం మెరుగైన ఉత్ప్రేరకంగా పనిచేస్తుంది. (D) ఈ పద్ధతి ఆర్థికంగా తక్కువ ఆచరణీయమైనది కానీ అత్యంత స్వచ్ఛమైన H₂SO₄ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది.

సరైన సమాధానం: (B)

వివరణ: SO₃ని నీటిలో నేరుగా గ్రహించడం వలన అధిక ఉష్ణమోచక ప్రతిచర్య జరుగుతుంది, ఇది సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం కణాల యొక్క సన్నని పొగమంచును (H₂SO₄ పొగమంచు) ఉత్పత్తి చేస్తుంది. ఈ పొగమంచును ఘనీభవించడం మరియు వేరుచేయడం కష్టం, ఇది ఉత్పత్తిని గణనీయంగా కోల్పోవడానికి మరియు పర్యావరణ సమస్యలకు దారితీస్తుంది. SO₃ని గాఢ H₂SO₄లో గ్రహించడం ద్వారా, ఓలియం (H₂S₂O₇) ఏర్పడుతుంది: SO₃(g) + H₂SO₄(conc.) → H₂S₂O₇(l) (ఓలియం) ఈ ఓలియంను కావలసిన సాంద్రత కలిగిన సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లాన్ని పొందడానికి గణించిన మోతాదు నీటితో పలుచన చేయవచ్చు: H₂S₂O₇(l) + H₂O(l) → 2H₂SO₄(l) ఈ రెండు-దశల ప్రక్రియ ఆమ్ల పొగమంచు ఏర్పడకుండా నిరోధిస్తుంది మరియు సమర్థవంతమైన ఉత్పత్తిని నిర్ధారిస్తుంది.

వాదన-కారణ ప్రశ్నలు

సూచనలు: కింది ప్రశ్నలలో, ఒక వాదన (A) తర్వాత ఒక కారణం (R) ఇవ్వబడింది. కింది ఎంపికల నుండి సరైన ఎంపికను గుర్తించండి: (A) A మరియు R రెండూ నిజం మరియు R అనేది Aకి సరైన వివరణ. (B) A మరియు R రెండూ నిజం కానీ R అనేది Aకి సరైన వివరణ కాదు. (C) A నిజం కానీ R తప్పు. (D) A తప్పు కానీ R నిజం.

Q1

వాదన (A): H₂S, H₂O కంటే బలమైన క్షయకరణ కారకం. కారణం (R): H-S బంధ విచ్ఛేదన ఎంథాల్పీ H-O బంధం కంటే తక్కువ.

సరైన సమాధానం: (A)

వివరణ: ఆక్సిజన్ నుండి సల్ఫర్‌కు గ్రూప్ 16లో కిందకు వెళ్ళే కొద్దీ, పరమాణు పరిమాణం పెరుగుతుంది. తత్ఫలితంగా, H-S బంధ పొడవు H-O బంధ పొడవు కంటే ఎక్కువగా ఉంటుంది. ఈ పెరిగిన బంధ పొడవు H-O బంధంతో పోలిస్తే H-S బంధానికి బంధ విచ్ఛేదన ఎంథాల్పీ తగ్గుతుంది (H-S బంధ ఎంథాల్పీ సుమారు 347 kJ/mol, H-O బంధ ఎంథాల్పీ సుమారు 463 kJ/mol). బలహీనమైన H-S బంధం సులభంగా విరిగిపోతుంది, సల్ఫర్ సులభంగా ఎలక్ట్రాన్‌లను కోల్పోవడానికి (ఆక్సీకరణం చెందడానికి) అనుమతిస్తుంది మరియు తద్వారా బలమైన క్షయకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది. కాబట్టి, H₂S, H₂O కంటే బలమైన క్షయకరణ కారకం, మరియు H-S బంధం యొక్క తక్కువ బంధ విచ్ఛేదన ఎంథాల్పీ దీనిని సరిగ్గా వివరిస్తుంది.

Q2

వాదన (A): గాఢ H₂SO₄ బలమైన నిర్జలీకరణ కారకం. కారణం (R): గాఢ H₂SO₄ నీటి అణువుల పట్ల బలమైన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది.

సరైన సమాధానం: (A)

వివరణ: గాఢ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం నీటి పట్ల అత్యంత బలమైన అనుబంధాన్ని కలిగి ఉంటుంది, ప్రధానంగా అధిక హైడ్రేషన్ ఎంథాల్పీ (అంటే, నీటితో బలమైన ఉష్ణమోచక ప్రతిచర్య) కారణంగా. ఈ ధర్మం చక్కెరను మండించడం, ఇథనాల్ నిర్జలీకరణం వంటి కర్బన సమ్మేళనాలతో సహా వివిధ పదార్థాల నుండి, మరియు సమ్మేళనాల నుండి నీటి మూలకాలను కూడా సమర్థవంతంగా తొలగించడానికి అనుమతిస్తుంది. నీటి అణువుల పట్ల ఈ బలమైన అనుబంధమే ఇది శక్తివంతమైన నిర్జలీకరణ కారకంగా పనిచేయడానికి కారణం.

సంక్షిప్త సమాధాన ప్రశ్నలు

Q1: సల్ఫర్ మరియు ఆక్సిజన్‌లో శృంఖల బంధం (Catenation)

ఆక్సిజన్ కంటే సల్ఫర్ శృంఖల బంధాన్ని (catenation) ఎందుకు చాలా ఎక్కువ స్థాయిలో ప్రదర్శిస్తుందో వివరించండి.

ఆదర్శ సమాధానం: శృంఖల బంధం (Catenation) అనేది ఒక మూలకం తన స్వంత పరమాణువులతో బంధాలను ఏర్పరచుకునే సామర్థ్యం, ఇది గొలుసులు లేదా రింగుల ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది. ఆక్సిజన్ మరియు సల్ఫర్ రెండూ గ్రూప్ 16కి చెందినవి, కానీ వాటి శృంఖల బంధ సామర్థ్యాలు గణనీయంగా విభిన్నంగా ఉంటాయి:

1. ఆక్సిజన్: ఆక్సిజన్ చాలా పరిమిత శృంఖల బంధాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, ప్రధానంగా O₂ అణువులను, మరియు తక్కువ స్థాయిలో ఓజోన్ (O₃) మరియు హైడ్రోజన్ పెరాక్సైడ్ (H₂O₂)ను ఏర్పరుస్తుంది. O-O ఏక బంధ ఎంథాల్పీ (సుమారు 146 kJ/mol) సాపేక్షంగా తక్కువ. ఇది ఆక్సిజన్ పరమాణువుల చిన్న పరిమాణం కారణంగా, ఇది గొలుసులో పక్కన ఉన్న ఆక్సిజన్ పరమాణువుల మధ్య బలమైన ఏకాకి జత-ఏకాకి జత వికర్షణకు దారితీస్తుంది, ఇది పొడవైన గొలుసులను అస్థిరంగా మారుస్తుంది.

2. సల్ఫర్: సల్ఫర్ విస్తృతమైన శృంఖల బంధాన్ని ప్రదర్శిస్తుంది, స్థిరమైన S₈ పక్కర్డ్ రింగులను (రాంబిక్ మరియు మోనోక్లినిక్ సల్ఫర్‌లో కనిపిస్తుంది) మరియు ప్లాస్టిక్ సల్ఫర్‌లో వలె పొడవైన పాలిమెరిక్ గొలుసులను కూడా ఏర్పరుస్తుంది. S-S ఏక బంధ ఎంథాల్పీ (సుమారు 213 kJ/mol) O-O బంధ ఎంథాల్పీ కంటే గణనీయంగా ఎక్కువ. సల్ఫర్ యొక్క పెద్ద పరమాణు పరిమాణం పక్కన ఉన్న సల్ఫర్ పరమాణువుల మధ్య ఏకాకి జత-ఏకాకి జత వికర్షణను తగ్గిస్తుంది. ఇది బలమైన మరియు మరింత స్థిరమైన S-S ఏక బంధాలను అనుమతిస్తుంది, వివిధ మరియు స్థిరమైన బహుపరమాణు నిర్మాణాల ఏర్పడటానికి తోడ్పడుతుంది.

Q2: సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ యొక్క ఆమ్ల స్వభావం

సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) యొక్క ఆమ్ల స్వభావం గురించి వివరించండి. సంబంధిత రసాయన సమీకరణాలను రాయండి.

ఆదర్శ సమాధానం: సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂) ఒక లక్షణ ఆమ్ల ఆక్సైడ్. దీని ఆమ్ల స్వభావం కింది ప్రతిచర్యల నుండి స్పష్టంగా తెలుస్తుంది:

1. నీటితో ప్రతిచర్య: SO₂ నీటిలో కరిగి సల్ఫరస్ ఆమ్లం (H₂SO₃)ను ఏర్పరుస్తుంది, ఇది బలహీనమైన ద్విప్రోటిక్ ఆమ్లం. అందుకే SO₂ యొక్క సజల ద్రావణం నీలి లిట్మస్‌ను ఎరుపు రంగులోకి మారుస్తుంది. SO₂(g) + H₂O(l) ⇌ H₂SO₃(aq)

2. క్షారాలతో ప్రతిచర్య: ఆమ్ల ఆక్సైడ్ కావడంతో, SO₂ సులభంగా క్షారాలతో ప్రతిచర్య జరిపి సల్ఫైట్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. ఉదాహరణకు, ఇది సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌తో ప్రతిచర్య జరిపి సోడియం సల్ఫైట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది: SO₂(g) + 2NaOH(aq) → Na₂SO₃(aq) + H₂O(l) అధిక SO₂ ద్రావణం గుండా పంపితే, సల్ఫైట్ మరింత ప్రతిచర్య జరిపి బైసల్ఫైట్‌ను ఏర్పరుస్తుంది: Na₂SO₃(aq) + H₂O(l) + SO₂(g) → 2NaHSO₃(aq)

3. క్షార ఆక్సైడ్‌లతో ప్రతిచర్య: SO₂ క్షార ఆక్సైడ్‌లతో కూడా ప్రతిచర్య జరిపి సల్ఫైట్‌లను ఏర్పరుస్తుంది. ఈ ధర్మాన్ని పారిశ్రామిక ప్రక్రియలలో, ఉదాహరణకు ఫ్లూ గ్యాస్ డిసల్ఫరైజేషన్‌లో, SO₂ను కాల్షియం కార్బోనేట్ (సున్నపురాయి) లేదా కాల్షియం హైడ్రాక్సైడ్ (సున్నపు నీరు)తో ప్రతిచర్య జరిపి ఎగ్జాస్ట్ వాయువుల నుండి తొలగించడానికి ఉపయోగిస్తారు: SO₂(g) + CaO(s) → CaSO₃(s) SO₂(g) + CaCO₃(s) → CaSO₃(s) + CO₂(g)

ఈ ప్రతిచర్యలు సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ యొక్క ఆమ్ల స్వభావాన్ని స్పష్టంగా ప్రదర్శిస్తాయి.

ఉన్నత-స్థాయి ఆలోచన నైపుణ్యాల (HOTS) ప్రశ్న

Q: H₂S వాయువును ఆరబెట్టడం

సాధారణంగా గాఢ H₂SO₄ను H₂S వాయువును ఆరబెట్టడానికి ఉపయోగించరు. సంబంధిత రసాయన సమీకరణాలతో సహా ఎందుకు వివరించండి. H₂SO₄ కాకపోతే, ఏ ఇతర నిర్జలీకరణ కారకాన్ని ఉపయోగించవచ్చు?

వివరణాత్మక రసాయన వివరణ: గాఢ సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం (H₂SO₄) శక్తివంతమైన నిర్జలీకరణ కారకం, కానీ హైడ్రోజన్ సల్ఫైడ్ (H₂S) వాయువును ఆరబెట్టడానికి ఇది అనుకూలం కాదు. ప్రధాన కారణం ఏమిటంటే గాఢ H₂SO₄ కూడా బలమైన ఆక్సీకరణ కారకం, అయితే H₂S బలమైన క్షయకరణ కారకం. ఈ రెండు పదార్థాలు సంపర్కంలోకి వచ్చినప్పుడు, సాధారణ నిర్జలీకరణం కాకుండా రెడాక్స్ ప్రతిచర్య జరుగుతుంది, ఇది H₂S వినియోగానికి మరియు అవాంఛిత ఉప-ఉత్పత్తుల ఏర్పడటానికి దారితీస్తుంది.

రసాయన సమీకరణం: ఈ ప్రతిచర్యలో H₂S ఆక్సీకరణం (సల్ఫర్ ఆక్సీకరణ స్థితి -2 నుండి 0కి మారుతుంది) మరియు H₂SO₄ క్షయకరణం (సల్ఫర్ ఆక్సీకరణ స్థితి +6 నుండి +4కి మారుతుంది) ఉంటాయి. ఈ ప్రతిచర్య యొక్క సాధారణ ప్రాతినిధ్యం ఇది: H₂S(g) + H₂SO₄(conc.) → S(s) + SO₂(g) + 2H₂O(l) ఈ ప్రతిచర్యలో, H₂S మూలక సల్ఫర్ (S)కు ఆక్సీకరణం చెందుతుంది, మరియు H₂SO₄ సల్ఫర్ డయాక్సైడ్ (SO₂)కు క్షయకరణం చెందుతుంది. ఇది H₂Sను ఆరబెట్టడంలో విఫలం కావడమే కాకుండా, ఘన సల్ఫర్ మరియు మరొక వాయువు (SO₂)ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది, ప్రక్రియను సంక్లిష్టంగా మారుస్తుంది.

ప్రత్యామ్నాయ నిర్జలీకరణ కారకాలు: H₂S క్షయకరణ కారకం మరియు బలహీనమైన ఆమ్లం కాబట్టి, అనుకూలమైన నిర్జలీకరణ కారకాలు:

1. ఆక్సీకరణం చేయనివి: రెడాక్స్ ప్రతిచర్యలను నివారించడానికి.
2. క్షార స్వభావం లేనివి: ఆమ్ల-క్షార ప్రతిచర్యలను నివారించడానికి.

అందువల్ల, తటస్థ మరియు ఆక్సీకరణం చేయని నిర్జలీకరణ కారకాలు ప్రాధాన్యతనిస్తాయి. మంచి ఎంపికలు:

• నిర్జల ఫాస్ఫరస్ పెంటాక్సైడ్ (P₂O₅): ఇది చాలా సమర్థవంతమైన నిర్జలీకరణ కారకం మరియు సాధారణ పరిస్థితులలో H₂Sతో ప్రతిచర్య జరపదు.
• నిర్జల మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO₄): ఇది తటస్థ లవణం, ఇది మంచి నిర్జలీకరణ కారకంగా పనిచేస్తుంది.
• సిలికా జెల్: ఇది సిలికాన్ డయాక్సైడ్ యొక్క సచ్చిద్ర రూపం, ఇది తేమను సమర్థవంతంగా గ్రహిస్తుంది.

కరిగిన నిర్జల కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl₂) సాధారణంగా నివారించబడుతుంది, ఎందుకంటే ఇది H₂Sతో అస్థిరమైన యాడక్ట్‌ను (CaCl₂·xH₂S) ఏర్పరుస్తుంది, అయినప్పటికీ దాని ప్రతిచర్యాత్మకత H₂SO₄తో పోలిస్తే తక్కువ తీవ్రమైనది. H₂Sను ఆరబెట్టడానికి అత్యంత సాధారణంగా సిఫార్సు చేయబడిన మరియు సురక్షితమైన ప్రత్యామ్నాయం నిర్జల P₂O₅.