Ionic Equilibria MCQ Quiz in हिन्दी - Objective Question with Answer for Ionic Equilibria - मुफ्त [PDF] डाउनलोड करें

संकल्पना:

संकेतक वियोजन और pH गणना

• किसी संकेतक का वियोजन स्थिरांक (K_a) का उपयोग उस pH को ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है जिस पर संकेतक अपने अम्लीय से क्षारीय रूप में 50% संक्रमण दर्शाता है।
• किसी संकेतक के लिए, 50% रंग संक्रमण पर, [HIn] (अम्लीय रूप) और [In^-] (क्षारीय रूप) का अनुपात समान होता है, और इस बिंदु पर pH संकेतक के वियोजन स्थिरांक K_a से संबंधित होता है।
• किसी संकेतक के वियोजन के लिए:

  HIn ⇌ H⁺ + In^-

  • साम्यावस्था व्यंजक है: K_a = [H⁺][In^-]/[HIn]

व्याख्या:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण किसी विलयन के pH को संकेतक के pKa और अम्लीय और क्षारीय रूपों की सांद्रताओं के अनुपात से संबंधित करता है:

pH = pKa + log([In⁻]/[HIn])

pKa ज्ञात करें:

वियोजन स्थिरांक (Ka) 3.981 x 10⁻⁷ दिया गया है। हम निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके pKa की गणना कर सकते हैं:

pKa = -log(Ka)
pKa = -log(3.981 x 10⁻⁷)
pKa ≈ 6.40

अनुपात [In⁻]/[HIn] ज्ञात करें:

• समस्या बताती है कि रंग 50% क्षारीय रंग और 50% अम्लीय रंग से मेल खाता है। इसका अर्थ है कि क्षारीय और अम्लीय रूपों की सांद्रता समान है:
  • [In⁻] = [HIn]
  • इसलिए, अनुपात [In⁻]/[HIn] = 1.

pH की गणना करें:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण में मान प्रतिस्थापित करें:

pH = pKa + log(1)
pH = 6.40 + 0
pH = 6.40

इसलिए, बफर विलयन का pH 6.40 है, जहाँ संकेतक का 50% अपना क्षारीय रूप दर्शाता है।

संकल्पना:

वियोजन की मात्रा और उसकी गणना

• वियोजन की मात्रा (α) को विलयन में आयनों में वियोजित होने वाले पदार्थ की कुल मात्रा के अंश के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• HF जैसे दुर्बल अम्ल के लिए, वियोजन को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

  HF ⇌ H⁺ + F⁻

• वियोजन अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक (K) इस प्रकार दिया जाता है:

  K = [H⁺][F⁻] / [HF]

• HF के 1 M विलयन के लिए, यदि α वियोजन की मात्रा है, तो साम्य पर:
  • [H⁺] = α M
  • [F⁻] = α M
  • [HF] = (1 - α) M
• इन व्यंजकों को K के समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर:

  K = (Cα * Cα) / C(1 - α) = Cα² / (1 - α)

व्याख्या:

दिया गया है:

• C = 1M
• K = 7.2 x 10-4

अब:

K = Cα² / (1 - α)

K = Cα² [1-α लगभग 1]

K = Cα²

$\alpha =\sqrt{K}/C$

$\alpha =\sqrt{(}7.2\times {10}^{-4})/1$

$\alpha =2.7\times {10}^{-2}$

इसलिए, 1 M जलीय विलयन में HF के वियोजन की मात्रा (α) 2.7 x 10⁻² है।

संकल्पना:

मोलर विलेयता और विलेयता गुणांक (K_sp)

• किसी लवण की मोलर विलेयता उस लवण के मोलों की संख्या है जो प्रति लीटर जल में विलेय होकर संतृप्त विलयन बना सकता है।
• विलेयता गुणांक (K_sp) किसी कम विलेय लवण के विघटन के लिए साम्यावस्था स्थिरांक को दर्शाता है।
• PbI₂ के लिए, जल में वियोजन इस प्रकार है:

  PbI₂(s) ↔ Pb²⁺(aq) + 2I^-(aq)

• K_sp के लिए व्यंजक है:

  K_sp = [Pb²⁺][I^-]²

• मोलर विलेयता (s) और आयन सांद्रता के बीच संबंध है:
  • [Pb²⁺] = s
  • [I^-] = 2s

व्याख्या:

दिया गया है:

• $K_{sp}ofPb{I}_2=7.1\times {10}^{-9}$

K_sp व्यंजक में आयन सांद्रता को प्रतिस्थापित करें:

$$\begin{gathered} Ksp=[P{b}^{2+}][I^{-}{]}^2 \\ Ksp=(s)(2s{)}^2 \\ Ksp=4s^3 \end{gathered}$$

s (मोलर विलेयता) के लिए हल करें:

$4s^3=7.1\times {10}^{-9}$

$s^3=7.1\times {10}^{-9}/4$

$s^3=1.775\times {10}^{-9}$

$s=∛(1.775\times {10}^{-9})$

$s\approx 1.2\times {10}^{-3}M$

इसलिए, जल में PbI₂ की मोलर विलेयता लगभग 1.2 x 10^-3 M है।

संकल्पना:

बफर विलयन

• एक बफर विलयन अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा के जुड़ने पर pH में परिवर्तन का विरोध करता है।
• एक दुर्बल क्षार (NH₃) और इसके संयुग्मी अम्ल (NH₄⁺) युक्त बफर को क्षारीय बफर कहते हैं।
• क्षारीय बफर के pH की गणना हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

  $pH=p{K}_b+log([Base]/[Acid])$

• $p{K}_b=-log(K_b)$, जहाँ K_b क्षार वियोजन स्थिरांक है।

व्याख्या:

दिया गया है:

• NH₃ की सांद्रता = [क्षार] = 0.2 M
• NH₄Cl की सांद्रता = [अम्ल] = 0.2 M
• NH₃ के लिए K_b = 1.8 x 10^-5

pK_b की गणना करें:

$p{K}_b=-log(K_b)$

$=-log(1.8\times {10}^{-5})\approx 4.74$

pH की गणना करने के लिए हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करें:

$pH=p{K}_b+log([Base]/[Acid])$

$$\begin{gathered} =4.74+log(0.2/0.2) \\ =4.74+log(1) \\ =4.74+0 \\ =4.74 \end{gathered}$$

इसलिए, बफर विलयन का pH 4.74 है।

संकल्पना:

दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाला बफर विलयन

• दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाले बफर अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने पर pH परिवर्तन का प्रतिरोध कर सकते हैं।
• दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाले बफर विलयन के pH की गणना संशोधित हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

  $\text{pH}=14-\text{p}{K}_b+\log \frac{[\text{क्षार}]}{[\text{संयुग्मी अम्ल}]}$

व्याख्या:

इस समस्या में:

अमोनिया दुर्बल क्षार की सांद्रता, $[{\text{NH}}_3]=\frac{0.2\text{मोल}}{0.5\text{L}}=0.4\text{M}$

अमोनियम क्लोराइड संयुग्मी अम्ल की सांद्रता, $[{\text{NH}}_4^{+}]=\frac{0.3\text{मोल}}{0.5\text{L}}=0.6\text{M}$

दिया गया है $K_b=1.8\times {10}^{-5}$

$\text{p}{K}_b$ की गणना करें:

$\text{p}{K}_b=-log{K}_b$

$p{k}_b=-\log 1.8\times {10}^{-5}$

$p{k}_b=4.74$

दुर्बल क्षार और संयुग्मी अम्ल वाले बफर के लिए हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण को लागू करना:

$\text{pH}=14-\text{p}{K}_b+\log \frac{[{\text{NH}}_3]}{[{\text{NH}}_4^{+}]}$

$pH=14-4.74+\log \frac{0.4}{0.6}$

$pH=14-4.74+\log 0.6667$

$\text{pH}=14-4.74-0.176$

$pH=14-4.916$

$pH=9.084$

इसलिए, बफर विलयन का pH लगभग 9.08 है।

अवधारणा:

• दुर्बल अम्ल एसीटिक अम्ल के लिए, वियोजन दुर्बल होता है।
• $C{H}_{3}COOH\rightleftharpoons C{H}_{3}CO{O}^{-}+H^{+}$
• यदि C एसीटिक अम्ल की प्रारंभिक सांद्रता है और $\alpha$ वियोजन की मात्रा है, तो अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है;
• $K=\frac{C{\alpha }^2}{1-\alpha }$
• $\alpha$ को $\alpha =\frac{\lambda }{{\lambda }^0}$ के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
• जहाँ, $\lambda$ और ${\lambda }^0$ क्रमशः C सांद्रता और शून्य पर चालकताएँ हैं।
• साम्य स्थिरांक में $\alpha$ के मान रखने पर, हमें प्राप्त होता है,
• $K=\frac{C{\lambda }^2}{{\lambda }^0({\lambda }^0-\lambda )}$

व्याख्या:

• हम जानते हैं, $K=\frac{C{\lambda }^2}{{\lambda }^0({\lambda }^0-\lambda )}$
• इसे पुनर्व्यवस्थित करके हम लिख सकते हैं
• $\frac{C}{K{\lambda }^0}=\frac{{\lambda }^0-\lambda }{{\lambda }^2}$
• दोनों ओर $\frac{\lambda }{{\lambda }^0}$ से गुणा करने पर हमें प्राप्त होता है
• $\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{0^2}}=\frac{{\lambda }^0-\lambda }{\lambda {\lambda }^0}=\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }^0}$
• इसको आगे पुनर्व्यवस्थित करने पर हमें प्राप्त होता है
• $\frac{1}{\lambda }=\frac{1}{{\lambda }^{\circ }}+\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{{\circ }^2}}$

निष्कर्ष:

एक दुर्बल विद्युतअपघट्य जैसे एसीटिक अम्ल के लिए, चालकता (λ), साम्य स्थिरांक (K) और सांद्रता (C) के बीच संबंध को $\frac{1}{\lambda }=\frac{1}{{\lambda }^{\circ }}+\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{{\circ }^2}}$ द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

अवधारणा:

हेनरी का नियम:

• हेनरी का नियम बताता है कि किसी द्रव में घुले हुए गैस की मात्रा या सांद्रता द्रव के साथ साम्यावस्था में गैस के वाष्प दाब के आनुपातिक होती है। गणितीय रूप से, हम कह सकते हैं कि:

P = kHC, जहाँ kH हेनरी स्थिरांक है।

गणना:

दिया गया है:

• हेक्सेन और हेप्टेन पूर्णतया मिश्रणीय हैं।
• हेक्सेन और हेप्टेन के वाष्प दाब क्रमशः 0.198 atm और 0.06 atm हैं।
• इसलिए, p⁰_hex = .198atm, p⁰_hept = .06atm
• विलयन में हेक्सेन और हेप्टेन की मोलरता क्रमशः 4M और 6 M है। यदि हम मान लें कि विलयन का आयतन एक लीटर है, तो हम कह सकते हैं कि:
  • हेक्सेन के मोलों की संख्या = n_hex = 4 मोल
  • हेप्टेन के मोलों की संख्या = n_hept 6 मोल
• मोलों की कुल संख्या = 4 + 6 = 10
• इसलिए, हेक्सेन और हेप्टेन के मोल अंश हैं:

x_hex = 4/10 = .4

x_hept = 6/10 = .6

• मान लीजिए कि वाष्प प्रावस्था में हेक्सेन और हेप्टेन के मोल अंश क्रमशः y_hex और y_hept हैं।

हेनरी के नियम से, विलयन में गैसों के लिए, हम लिख सकते हैं:

हेक्सेन का आंशिक दाब, p_hex = yhex× P_total

हेप्टेन का आंशिक दाब p_hept = yhept × Ptotal

इसी प्रकार, शुद्ध अवस्था में, हम लिख सकते हैं:

हेक्सेन का आंशिक दाब, phex = xhex× p0hex

हेप्टेन का आंशिक दाब. phept = xhept × p0hept

दोनों p_hex समीकरणों को बराबर करते हुए, हमें मिलता है:

yhex× Ptotal = xhex× p0hex------------------------------1

दोनों p_hept को बराबर करते हुए, हमें मिलता है:

yhept x Ptotal = xhept × p0hept ----------------------------2

समीकरण 1 को 2 से विभाजित करने पर, हमें मिलता है:

yhex× Ptotal / yhept × Ptotal = xhex× p0hex/ xhept × p0hept

या, xhex× p0hex/ xhept × p0hept = yhex/ yhept

मानों को प्रतिस्थापित करने पर, हमें मिलता है:

0.198 × .4 / 0.06 × .6 = yhex/ yhept

या, yhex = 2.2 yhept

हम जानते हैं कि उनके मोल अंशों का योग एक है, इस प्रकार:

yhex +yhept = 1,

2.2 yhept+ yhept = 1

3.2 yhept = 1, या,

yhept = 1/3.2 = 0.312, और yhex = 1 -.312 = 0.688

इसलिए, वाष्प प्रावस्था में हेक्सेन और हेप्टेन के मोल अंश क्रमशः 0.688 और 0.312 हैं।

अवधारणा:

• दुर्बल अम्ल एसीटिक अम्ल के लिए, वियोजन दुर्बल होता है।
• $C{H}_{3}COOH\rightleftharpoons C{H}_{3}CO{O}^{-}+H^{+}$
• यदि C एसीटिक अम्ल की प्रारंभिक सांद्रता है और $\alpha$ वियोजन की मात्रा है, तो अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक इस प्रकार व्यक्त किया जा सकता है;
• $K=\frac{C{\alpha }^2}{1-\alpha }$
• $\alpha$ को $\alpha =\frac{\lambda }{{\lambda }^0}$ के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
• जहाँ, $\lambda$ और ${\lambda }^0$ क्रमशः C सांद्रता और शून्य पर चालकताएँ हैं।
• साम्य स्थिरांक में $\alpha$ के मान रखने पर, हमें प्राप्त होता है,
• $K=\frac{C{\lambda }^2}{{\lambda }^0({\lambda }^0-\lambda )}$

व्याख्या:

• हम जानते हैं, $K=\frac{C{\lambda }^2}{{\lambda }^0({\lambda }^0-\lambda )}$
• इसे पुनर्व्यवस्थित करके हम लिख सकते हैं
• $\frac{C}{K{\lambda }^0}=\frac{{\lambda }^0-\lambda }{{\lambda }^2}$
• दोनों ओर $\frac{\lambda }{{\lambda }^0}$ से गुणा करने पर हमें प्राप्त होता है
• $\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{0^2}}=\frac{{\lambda }^0-\lambda }{\lambda {\lambda }^0}=\frac{1}{\lambda }-\frac{1}{{\lambda }^0}$
• इसको आगे पुनर्व्यवस्थित करने पर हमें प्राप्त होता है
• $\frac{1}{\lambda }=\frac{1}{{\lambda }^{\circ }}+\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{{\circ }^2}}$

निष्कर्ष:

एक दुर्बल विद्युतअपघट्य जैसे एसीटिक अम्ल के लिए, चालकता (λ), साम्य स्थिरांक (K) और सांद्रता (C) के बीच संबंध को $\frac{1}{\lambda }=\frac{1}{{\lambda }^{\circ }}+\frac{C\lambda }{K{\lambda }^{{\circ }^2}}$ द्वारा व्यक्त किया जा सकता है।

व्याख्या:

विलेयता गुणनफल स्थिरांक (K_sp) जल में एक यौगिक की विलेयता के बारे में जानकारी प्रदान करता है। उच्च Ksp उच्च विलेयता को इंगित करता है।

सिल्वर फ्लोराइड (AgF) के लिए विलेयता गुणनफल स्थिरांक (K_sp) काफी अधिक है, जो जल में इसकी उच्च विलेयता को इंगित करता है। जल में सिल्वर फ्लोराइड के विघटन को निम्नलिखित समीकरण द्वारा दर्शाया जा सकता है:

AgF(s) ⇌ Ag⁺(aq) + F⁻(aq)

इस साम्य के लिए K_sp व्यंजक है:

Ksp = [Ag⁺][F⁻]

चूँकि AgF के संतृप्त विलयन में [Ag⁺] और [F⁻] दोनों सांद्रता अपेक्षाकृत अधिक हैं, इसलिए AgF के लिए K_sp मान अधिक है।

जल में कुछ सामान्य सिल्वर लवणों के लिए बढ़ते Ksp मानों का क्रम आम तौर पर होता है:

AgI < AgBr < AgCl < AgF

विलेयता गुणनफल, Ksp, को साम्य में आयनों की सांद्रता के गुणनफल के रूप में परिभाषित किया गया है, जो उनके रससमीकरणमिति गुणांकों के सामर्थ्य के लिए बढाया जाता है:

Ksp = [Ag+][F-]

इसी तरह, अन्य लवणों के लिए, हमारे पास है:

AgCl → Ag+ + Cl-, Ksp = [Ag+][Cl-]
AgBr → Ag+ + Br-, Ksp = [Ag+][Br-]
AgI → Ag+ + I-, Ksp = [Ag+][I-]

यहां इन चार सिल्वर लवणों के लिए 25°C पर अनुमानित Ksp मान दिए गए हैं:

सिल्वर आयोडाइड (Agl): Ksp = 8.3 x 10⁻¹⁷
सिल्वर क्लोराइड (AgCl): Ksp = 1.8 x 10⁻¹⁰
सिल्वर फ्लोराइड (AgF): Ksp आमतौर पर रिपोर्ट नहीं किया जाता है क्योंकि इसकी उच्च विलेयता है; 25 °C पर इसका विलेयता 87 g/100 mL पानी है।
सिल्वर ब्रोमाइड (AgBr): Ksp = 5.4 x 10⁻¹³

• जल में एक लवण की विलेयता दो प्रतिस्पर्धी कारकों से प्रभावित होती है: लवण के भीतर आयनिक बंधों का सामर्थ्य और आयनों और जल के अणुओं के बीच अंत:क्रिया का सामर्थ्य।
• सिल्वर हैलाइडों के साथ, सिल्वर-हैलाइड बंध का सामर्थ्य हैलाइड आयन के आकार में कमी के साथ बढ़ता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि छोटे आयन एक-दूसरे के पास आ सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप एक प्रबल स्थिरवैद्युत आकर्षण होता है। फ्लोराइड आयन सबसे छोटे हैलाइड आयन हैं, और इसलिए आप अपेक्षा कर सकते हैं कि सिल्वर फ्लोराइड सिल्वर हैलाइडों का सबसे कम घुलनशील होगा।
• हालांकि, जब यह विलेय हो जाता है, तो एक सिल्वर हैलाइड जल के अणुओं के साथ भी अंत:क्रिया करता है, और ये अंत:क्रिया ऊर्जा मुक्त करती है, जो सिल्वर-हैलाइड बंधों को तोड़ने के लिए आवश्यक ऊर्जा की क्षतिपूर्ति करने में सहायता करती है। हैलाइड आयनों और जल के बीच अंत:क्रिया का सामर्थ्य भी हैलाइड आयन के आकार में कमी के साथ बढ़ता है। इस स्थिति में, छोटे फ्लोराइड आयन बड़े हैलाइड आयनों की तुलना में जल के साथ अधिक प्रबलता से अंत:क्रिया कर सकते हैं।
• सिल्वर फ्लोराइड की स्थिति में, जलयोजन ऊर्जा AgF को जल में अधिक घुलनशील बनाने के लिए पर्याप्त है, भले ही इसमें अन्य सिल्वर हैलाइडों की तुलना में प्रबल जलक ऊर्जा हो। यही कारण है कि सिल्वर फ्लोराइड सिल्वर हैलाइड समूह के भीतर प्रवृत्ति के लिए एक अपवाद है - यह सिल्वर हैलाइडों के लिए सबसे घुलनशील है।

इनमें से प्रत्येक लवण के लिए, जैसे ही हैलाइड आयन का आकार बढ़ता है, Ag+ के साथ बंधन दुर्बल होता जाता है, और लवण अधिक घुलनशील होता है। इसलिए, दिए गए विकल्पों में से, AgF जल में सबसे अधिक विलेयता गुणनफल (K_sp) है।

निष्कर्ष:-

इसलिए, जल में सबसे अधिक विलेयता गुणनफल (Ksp) वाला सिल्वर लवण AgF है।

संकल्पना:

बफर विलयन

• एक बफर विलयन अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा के जुड़ने पर pH में परिवर्तन का विरोध करता है।
• एक दुर्बल क्षार (NH₃) और इसके संयुग्मी अम्ल (NH₄⁺) युक्त बफर को क्षारीय बफर कहते हैं।
• क्षारीय बफर के pH की गणना हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करके की जा सकती है:

  $pH=p{K}_b+log([Base]/[Acid])$

• $p{K}_b=-log(K_b)$, जहाँ K_b क्षार वियोजन स्थिरांक है।

व्याख्या:

दिया गया है:

• NH₃ की सांद्रता = [क्षार] = 0.2 M
• NH₄Cl की सांद्रता = [अम्ल] = 0.2 M
• NH₃ के लिए K_b = 1.8 x 10^-5

pK_b की गणना करें:

$p{K}_b=-log(K_b)$

$=-log(1.8\times {10}^{-5})\approx 4.74$

pH की गणना करने के लिए हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करें:

$pH=p{K}_b+log([Base]/[Acid])$

$$\begin{gathered} =4.74+log(0.2/0.2) \\ =4.74+log(1) \\ =4.74+0 \\ =4.74 \end{gathered}$$

इसलिए, बफर विलयन का pH 4.74 है।

संकल्पना:

संकेतक वियोजन और pH गणना

• किसी संकेतक का वियोजन स्थिरांक (K_a) का उपयोग उस pH को ज्ञात करने के लिए किया जा सकता है जिस पर संकेतक अपने अम्लीय से क्षारीय रूप में 50% संक्रमण दर्शाता है।
• किसी संकेतक के लिए, 50% रंग संक्रमण पर, [HIn] (अम्लीय रूप) और [In^-] (क्षारीय रूप) का अनुपात समान होता है, और इस बिंदु पर pH संकेतक के वियोजन स्थिरांक K_a से संबंधित होता है।
• किसी संकेतक के वियोजन के लिए:

  HIn ⇌ H⁺ + In^-

  • साम्यावस्था व्यंजक है: K_a = [H⁺][In^-]/[HIn]

व्याख्या:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण किसी विलयन के pH को संकेतक के pKa और अम्लीय और क्षारीय रूपों की सांद्रताओं के अनुपात से संबंधित करता है:

pH = pKa + log([In⁻]/[HIn])

pKa ज्ञात करें:

वियोजन स्थिरांक (Ka) 3.981 x 10⁻⁷ दिया गया है। हम निम्नलिखित संबंध का उपयोग करके pKa की गणना कर सकते हैं:

pKa = -log(Ka)
pKa = -log(3.981 x 10⁻⁷)
pKa ≈ 6.40

अनुपात [In⁻]/[HIn] ज्ञात करें:

• समस्या बताती है कि रंग 50% क्षारीय रंग और 50% अम्लीय रंग से मेल खाता है। इसका अर्थ है कि क्षारीय और अम्लीय रूपों की सांद्रता समान है:
  • [In⁻] = [HIn]
  • इसलिए, अनुपात [In⁻]/[HIn] = 1.

pH की गणना करें:

हेंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण में मान प्रतिस्थापित करें:

pH = pKa + log(1)
pH = 6.40 + 0
pH = 6.40

इसलिए, बफर विलयन का pH 6.40 है, जहाँ संकेतक का 50% अपना क्षारीय रूप दर्शाता है।

संकल्पना:

वियोजन की मात्रा और उसकी गणना

• वियोजन की मात्रा (α) को विलयन में आयनों में वियोजित होने वाले पदार्थ की कुल मात्रा के अंश के रूप में परिभाषित किया जाता है।
• HF जैसे दुर्बल अम्ल के लिए, वियोजन को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

  HF ⇌ H⁺ + F⁻

• वियोजन अभिक्रिया के लिए साम्य स्थिरांक (K) इस प्रकार दिया जाता है:

  K = [H⁺][F⁻] / [HF]

• HF के 1 M विलयन के लिए, यदि α वियोजन की मात्रा है, तो साम्य पर:
  • [H⁺] = α M
  • [F⁻] = α M
  • [HF] = (1 - α) M
• इन व्यंजकों को K के समीकरण में प्रतिस्थापित करने पर:

  K = (Cα * Cα) / C(1 - α) = Cα² / (1 - α)

व्याख्या:

दिया गया है:

• C = 1M
• K = 7.2 x 10-4

अब:

K = Cα² / (1 - α)

K = Cα² [1-α लगभग 1]

K = Cα²

$\alpha =\sqrt{K}/C$

$\alpha =\sqrt{(}7.2\times {10}^{-4})/1$

$\alpha =2.7\times {10}^{-2}$

इसलिए, 1 M जलीय विलयन में HF के वियोजन की मात्रा (α) 2.7 x 10⁻² है।

संकल्पना:

मोलर विलेयता और विलेयता गुणांक (K_sp)

• किसी लवण की मोलर विलेयता उस लवण के मोलों की संख्या है जो प्रति लीटर जल में विलेय होकर संतृप्त विलयन बना सकता है।
• विलेयता गुणांक (K_sp) किसी कम विलेय लवण के विघटन के लिए साम्यावस्था स्थिरांक को दर्शाता है।
• PbI₂ के लिए, जल में वियोजन इस प्रकार है:

  PbI₂(s) ↔ Pb²⁺(aq) + 2I^-(aq)

• K_sp के लिए व्यंजक है:

  K_sp = [Pb²⁺][I^-]²

• मोलर विलेयता (s) और आयन सांद्रता के बीच संबंध है:
  • [Pb²⁺] = s
  • [I^-] = 2s

व्याख्या:

दिया गया है:

• $K_{sp}ofPb{I}_2=7.1\times {10}^{-9}$

K_sp व्यंजक में आयन सांद्रता को प्रतिस्थापित करें:

$$\begin{gathered} Ksp=[P{b}^{2+}][I^{-}{]}^2 \\ Ksp=(s)(2s{)}^2 \\ Ksp=4s^3 \end{gathered}$$

s (मोलर विलेयता) के लिए हल करें:

$4s^3=7.1\times {10}^{-9}$

$s^3=7.1\times {10}^{-9}/4$

$s^3=1.775\times {10}^{-9}$

$s=∛(1.775\times {10}^{-9})$

$s\approx 1.2\times {10}^{-3}M$

इसलिए, जल में PbI₂ की मोलर विलेयता लगभग 1.2 x 10^-3 M है।

संकल्पना:

दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाला बफर विलयन

• दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाले बफर अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने पर pH परिवर्तन का प्रतिरोध कर सकते हैं।
• दुर्बल क्षार और उसके संयुग्मी अम्ल वाले बफर विलयन के pH की गणना संशोधित हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण का उपयोग करके की जाती है:

  $\text{pH}=14-\text{p}{K}_b+\log \frac{[\text{क्षार}]}{[\text{संयुग्मी अम्ल}]}$

व्याख्या:

इस समस्या में:

अमोनिया दुर्बल क्षार की सांद्रता, $[{\text{NH}}_3]=\frac{0.2\text{मोल}}{0.5\text{L}}=0.4\text{M}$

अमोनियम क्लोराइड संयुग्मी अम्ल की सांद्रता, $[{\text{NH}}_4^{+}]=\frac{0.3\text{मोल}}{0.5\text{L}}=0.6\text{M}$

दिया गया है $K_b=1.8\times {10}^{-5}$

$\text{p}{K}_b$ की गणना करें:

$\text{p}{K}_b=-log{K}_b$

$p{k}_b=-\log 1.8\times {10}^{-5}$

$p{k}_b=4.74$

दुर्बल क्षार और संयुग्मी अम्ल वाले बफर के लिए हैंडरसन-हैसलबाल्च समीकरण को लागू करना:

$\text{pH}=14-\text{p}{K}_b+\log \frac{[{\text{NH}}_3]}{[{\text{NH}}_4^{+}]}$

$pH=14-4.74+\log \frac{0.4}{0.6}$

$pH=14-4.74+\log 0.6667$

$\text{pH}=14-4.74-0.176$

$pH=14-4.916$

$pH=9.084$

इसलिए, बफर विलयन का pH लगभग 9.08 है।

संकल्पना:

बफर विलयन

• एक बफर विलयन वह होता है जो अम्ल या क्षार की थोड़ी मात्रा मिलाने पर pH में परिवर्तन का विरोध करता है।
• बफर विलयन में आमतौर पर एक दुर्बल अम्ल और उसका संयुग्मी क्षार या एक दुर्बल क्षार और उसका संयुग्मी अम्ल होता है।
• वे मिलाए गए अम्लों (H+ आयन) या क्षारों (OH- आयन) को निष्क्रिय करके काम करते हैं।

व्याख्या:

• दिए गए विकल्पों में:
  • विकल्प 1: NaOH + CH3COOH (1:1 मोल अनुपात)
    • इस मिश्रण में समान मात्रा में एक प्रबल क्षार (NaOH) और एक दुर्बल अम्ल (CH3COOH) होता है। यह अम्ल को पूरी तरह से निष्क्रिय कर देगा, जिससे जल और सोडियम एसीटेट (CH3COONa) लवण बनेंगे। इसलिए, यह बफर के रूप में कार्य नहीं करेगा।
  • विकल्प 2: NH4OH + HCl (2:1 मोल अनुपात)
    • इस मिश्रण में एक दुर्बल क्षार (NH4OH) और एक प्रबल अम्ल (HCl) होता है। क्षार अधिक मात्रा में है, इसलिए यह अम्ल को आंशिक रूप से निष्क्रिय करेगा, जिससे NH4Cl बनेगा और कुछ NH4OH अप्रतिक्रियाशील रहेगा। यह NH4OH और NH4Cl का एक बफर विलयन बनाता है।
  • विकल्प 3: CH3COOH + NaOH (2:1 मोल अनुपात)
    • इस मिश्रण में एक दुर्बल अम्ल (CH3COOH) और एक प्रबल क्षार (NaOH) एक ऐसे अनुपात में है जो कुछ दुर्बल अम्ल को अप्रतिक्रियाशील छोड़ देता है। यह CH3COOH और इसके संयुग्मी क्षार (CH3COO-) का एक बफर विलयन बनाता है।
  • विकल्प 4: CH3COOH + NaOH (1:2 मोल अनुपात)
    • इस मिश्रण में एक दुर्बल अम्ल (CH3COOH) और एक प्रबल क्षार (NaOH) एक ऐसे अनुपात में है जो अम्ल को पूरी तरह से निष्क्रिय कर देगा और अतिरिक्त NaOH छोड़ देगा। इसलिए, यह बफर के रूप में कार्य नहीं करेगा।

इसलिए, मिश्रण जो बफर विलयन के रूप में कार्य करते हैं, वे विकल्प 2 (NH4OH + HCl (2:1 मोल अनुपात)) और विकल्प 3 (CH3COOH + NaOH (2:1 मोल अनुपात)) हैं।