அலகு 3 — வினாத்தொகுப்பு
இரசாயனக் கணிப்புகள் (chemical calculations) அலகின் ஏழு உட்தலைப்புகளையும் உள்ளடக்கிய வினாத்தொகுப்பு இது. முதல் பகுதியில் வினாத்தாள் I வகையான பல்தேர்வு வினாக்களும், இரண்டாவது பகுதியில் வினாத்தாள் II வகையான கட்டமைப்பு வினாக்களும் தரப்பட்டுள்ளன. ஒவ்வொரு கணிப்பையும் காகிதத்தில் முழுமையாகச் செய்த பின்னரே விடையைப் பார்க்க வேண்டும். (மூலர்த் திணிவுகள்: H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23, Mg = 24, S = 32, Cl = 35.5, K = 39, Ca = 40, Fe = 56, Cu = 64; அவகாதரோ மாறிலி NA = 6.022 × 10²³ mol⁻¹; நியம வெப்பஅழுத்த நிலையில் (STP) வாயு மூலர்க் கனவளவு = 22 400 cm³ mol⁻¹.)
ஏறக்குறைய எல்லாக் கணிப்புகளும் ஒரே மையக் கருத்தைச் சார்ந்தவை — தரப்பட்ட அளவை முதலில் மூல் எண்ணிக்கையாக மாற்றுதல், சமப்படுத்திய இரசாயனச் சமன்பாட்டின் குணக விகிதத்தைப் பயன்படுத்துதல், பின்னர் கேட்கப்பட்ட அலகுக்குத் திரும்ப மாற்றுதல். மூல் = திணிவு ÷ மூலர்த் திணிவு = கனவளவு ÷ 22 400 (STP வாயு) = செறிவு × கனவளவு (கரைசல்) = துணிக்கை எண்ணிக்கை ÷ NA.
பகுதி I — பல்தேர்வு வினாக்கள்
ஒவ்வொரு வினாவுக்கும் (1)–(5) என்னும் ஐந்து விடைகளில் சரியான ஒன்றைத் தெரிவு செய்க.
1. 0.50 mol சோடியம் கார்பனேட்டில் (Na₂CO₃) காணப்படும் ஓட்சிசன் அணுக்களின் மொத்த எண்ணிக்கை யாது?
(1) 3.01 × 10²³ (2) 6.02 × 10²³ (3) 9.03 × 10²³ (4) 1.20 × 10²⁴ (5) 1.81 × 10²⁴
விடை: (3). ஒரு மூலக்கூறில் 3 O அணுக்கள் உள்ளன; எனவே O அணுக்களின் மூல் = 0.50 × 3 = 1.5 mol. எண்ணிக்கை = 1.5 × 6.022 × 10²³ ≈ 9.03 × 10²³.
2. 8.8 g கார்பன் டையோட்சைட்டில் (CO₂) காணப்படும் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை எத்தனை?
(1) 0.2 × 6.022 × 10²³ (2) 0.4 × 6.022 × 10²³ (3) 0.8 × 6.022 × 10²³ (4) 2.0 × 6.022 × 10²³ (5) 8.8 × 6.022 × 10²³
விடை: (1). CO₂ இன் மூலர்த் திணிவு = 44 g mol⁻¹. மூல் = 8.8 ÷ 44 = 0.2 mol. எனவே எண்ணிக்கை = 0.2 × NA.
3. ஒரு சேர்வையின் அனுபவச் சூத்திரம் (empirical formula) CH₂O ஆகும். அதன் மூலர்த் திணிவு 180 g mol⁻¹ எனின், மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் (molecular formula) யாது?
(1) CH₂O (2) C₂H₄O₂ (3) C₃H₆O₃ (4) C₅H₁₀O₅ (5) C₆H₁₂O₆
விடை: (5). அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு = 12 + 2 + 16 = 30. n = 180 ÷ 30 = 6. எனவே மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = (CH₂O)₆ = C₆H₁₂O₆.
4. ஒரு ஓட்சைட்டில் (oxide) நிறையில் 40% கந்தகமும் (S) 60% ஓட்சிசனும் உள்ளன. அதன் அனுபவச் சூத்திரம் யாது?
(1) SO (2) SO₂ (3) SO₃ (4) S₂O₃ (5) S₂O₇
விடை: (3). S இன் மூல் = 40 ÷ 32 = 1.25; O இன் மூல் = 60 ÷ 16 = 3.75. விகிதம் = 1.25 : 3.75 = 1 : 3. எனவே SO₃.
5. CaCO₃ இல் கல்சியத்தின் (Ca) திணிவுச் சதவீதம் (mass %) எவ்வளவு? (CaCO₃ இன் மூலர்த் திணிவு = 100)
(1) 12% (2) 24% (3) 40% (4) 48% (5) 56%
விடை: (3). Ca இன் திணிவுச் சதவீதம் = (40 ÷ 100) × 100% = 40%.
6. N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) என்னும் தாக்கத்தில் 2 mol N₂ உம் 3 mol H₂ உம் கலக்கப்படுகின்றன. வரம்புபடுத்தும் தாக்கி (limiting reagent) எது, மேலும் அதிகூடிய அளவில் உருவாகும் NH₃ எத்தனை மூல்?
(1) N₂; 4 mol (2) N₂; 2 mol (3) H₂; 2 mol (4) H₂; 3 mol (5) H₂; 1 mol
விடை: (3). 2 mol N₂ க்கு 6 mol H₂ தேவைப்படும்; ஆனால் 3 mol H₂ மட்டுமே இருப்பதனால் H₂ ஆனது வரம்புபடுத்தும் தாக்கி (limiting reagent) ஆகும். 3 mol H₂ இலிருந்து (2/3) × 3 = 2 mol NH₃ உருவாகின்றது. எனவே சரியான விடை (3) H₂; 2 mol ஆகும்.
7. 250 cm³ கரைசலில் 0.50 mol NaOH கரைந்துள்ளது. கரைசலின் மூலர்த்திறன் (molarity) யாது?
(1) 0.125 mol dm⁻³ (2) 0.50 mol dm⁻³ (3) 1.0 mol dm⁻³ (4) 2.0 mol dm⁻³ (5) 4.0 mol dm⁻³
விடை: (4). செறிவு = மூல் ÷ கனவளவு = 0.50 ÷ 0.250 dm³ = 2.0 mol dm⁻³.
8. 2.0 mol dm⁻³ HCl கரைசல் 50 cm³ ஐ எடுத்து நீர் சேர்த்து 250 cm³ ஆக நீர்த்தாக்கினால் (dilution), புதிய செறிவு யாது?
(1) 0.10 mol dm⁻³ (2) 0.40 mol dm⁻³ (3) 0.50 mol dm⁻³ (4) 1.0 mol dm⁻³ (5) 10 mol dm⁻³
விடை: (2). நீர்த்தாக்கலில் மூல் மாறாது: C₁V₁ = C₂V₂ → C₂ = (2.0 × 50) ÷ 250 = 0.40 mol dm⁻³.
9. 0.020 g கல்சியம் அயன் (Ca²⁺) 500 g நீரில் கரைந்துள்ளது. செறிவை ppm இல் தருக.
(1) 4 ppm (2) 10 ppm (3) 20 ppm (4) 40 ppm (5) 400 ppm
விடை: (4). ppm = (கரையத் திணிவு ÷ கரைசல் திணிவு) × 10⁶ = (0.020 ÷ 500) × 10⁶ = 40 ppm.
10. நியம வெப்பஅழுத்த நிலையில் (STP) 4.0 g மீத்தேன் (CH₄) வாயு கொள்ளும் கனவளவு யாது?
(1) 5 600 cm³ (2) 11 200 cm³ (3) 22 400 cm³ (4) 44 800 cm³ (5) 89 600 cm³
விடை: (1). CH₄ இன் மூல் = 4.0 ÷ 16 = 0.25 mol. கனவளவு = 0.25 × 22 400 = 5 600 cm³.
11. STP இல் ஒரு வாயுவின் 1.12 dm³ இன் திணிவு 2.2 g ஆகும். வாயுவின் மூலர்த் திணிவு யாது?
(1) 22 g mol⁻¹ (2) 28 g mol⁻¹ (3) 32 g mol⁻¹ (4) 44 g mol⁻¹ (5) 88 g mol⁻¹
விடை: (4). மூல் = 1 120 ÷ 22 400 = 0.050 mol. மூலர்த் திணிவு = 2.2 ÷ 0.050 = 44 g mol⁻¹.
12. 25.0 cm³ NaOH கரைசலை நடுநிலையாக்க (titration) 0.10 mol dm⁻³ HCl 20.0 cm³ தேவைப்படுகிறது. NaOH இன் செறிவு யாது? (NaOH + HCl → NaCl + H₂O)
(1) 0.040 mol dm⁻³ (2) 0.080 mol dm⁻³ (3) 0.10 mol dm⁻³ (4) 0.125 mol dm⁻³ (5) 0.20 mol dm⁻³
விடை: (2). HCl இன் மூல் = 0.10 × 0.0200 = 0.0020 mol. 1:1 விகிதம் என்பதால் NaOH மூல் = 0.0020. செறிவு = 0.0020 ÷ 0.0250 = 0.080 mol dm⁻³.
13. CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) தாக்கத்தில் 10.0 g CaCO₃ முழுமையாகச் சிதைவடைந்தால் கிடைக்கும் CaO இன் தத்துவ விளைச்சல் (theoretical yield) யாது?
(1) 2.8 g (2) 4.4 g (3) 5.6 g (4) 7.2 g (5) 10.0 g
விடை: (3). CaCO₃ இன் மூல் = 10.0 ÷ 100 = 0.10 mol. 1:1 விகிதம் → CaO = 0.10 mol. திணிவு = 0.10 × 56 = 5.6 g.
14. மேலுள்ள தாக்கத்தில் 0.10 mol CaCO₃ இலிருந்து உண்மையில் 4.2 g CaO கிடைத்தால், சதவீத விளைச்சல் (% yield) யாது?
(1) 42% (2) 56% (3) 65% (4) 75% (5) 84%
விடை: (4). தத்துவ விளைச்சல் = 5.6 g. % விளைச்சல் = (4.2 ÷ 5.6) × 100% = 75%.
15. அசுத்தமான கல்சியம் கார்பனேட்டின் ஒரு மாதிரி 5.0 g அமிலத்துடன் தாக்கமடைந்து 1.76 g CO₂ வெளியேற்றுகிறது. மாதிரியில் CaCO₃ இன் சதவீதத் தூய்மை (% purity) யாது? (CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + H₂O + CO₂)
(1) 40% (2) 60% (3) 80% (4) 88% (5) 100%
விடை: (3). CO₂ இன் மூல் = 1.76 ÷ 44 = 0.040 mol. 1:1 விகிதம் → தூய CaCO₃ = 0.040 mol = 0.040 × 100 = 4.0 g. தூய்மை = (4.0 ÷ 5.0) × 100% = 80%.
16. 0.0010 mol சேர்வை ஒன்றில் 1.2 × 10²¹ அணுக்கள் உள்ளன. ஒரு மூலக்கூறில் காணப்படும் அணுக்களின் எண்ணிக்கை யாது?
(1) 1 (2) 2 (3) 3 (4) 4 (5) 6
விடை: (2). 0.0010 mol இல் மூலக்கூறுகள் = 0.0010 × 6.022 × 10²³ ≈ 6.02 × 10²⁰. அணு/மூலக்கூறு = 1.2 × 10²¹ ÷ 6.02 × 10²⁰ ≈ 2.
பகுதி II — கட்டமைப்பு வினாக்கள்
அனைத்துப் படிகளையும் காட்டி, மாதிரி விடையுடன் ஒப்பிடுக.
காபன், ஐதரசன், ஓட்சிசன் ஆகியவற்றை மட்டும் கொண்ட ஒரு கரிமச் சேர்வையின் மாதிரி எரிக்கப்பட்டபோது, அதில் 54.5% C, 9.1% H, 36.4% O (திணிவில்) என்று கண்டறியப்பட்டது. சேர்வையின் மூலர்த் திணிவு 88 g mol⁻¹ ஆகும். (அ) அனுபவச் சூத்திரத்தையும் (ஆ) மூலக்கூற்றுச் சூத்திரத்தையும் துணிக.
சிறிய மதிப்பால் வகுத்தல் (÷ 2.275) — C : H : O = 2.0 : 4.0 : 1.0
அனுபவச் சூத்திரம் = C₂H₄O; அனுபவச் சூத்திரத் திணிவு = 24 + 4 + 16 = 44
(ஆ) n = 88 ÷ 44 = 2 → மூலக்கூற்றுச் சூத்திரம் = C₄H₈O₂
28 g நைதரசன் (N₂) வாயுவும் 8.0 g ஐதரசன் (H₂) வாயுவும் அமோனியா உருவாக்க தாக்கமடைகின்றன: N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g). (அ) வரம்புபடுத்தும் தாக்கியைக் கண்டறிக. (ஆ) உருவாகும் NH₃ இன் அதிகூடிய திணிவைக் கணிக்க. (இ) தாக்கமடையாமல் மீதமுள்ள தாக்கியின் திணிவை தருக.
சமன்பாட்டின்படி 1.0 mol N₂ க்கு 3.0 mol H₂ தேவை — 4.0 mol உள்ளது, எனவே H₂ மிகை.
(அ) வரம்புபடுத்தும் தாக்கி = N₂
(ஆ) 1.0 mol N₂ → 2.0 mol NH₃ → திணிவு = 2.0 × 17 = 34 g NH₃
(இ) பயன்படுத்திய H₂ = 3.0 mol; மீதம் = 4.0 − 3.0 = 1.0 mol → 2.0 g H₂ மீதம்
0.0500 mol dm⁻³ செறிவுள்ள கந்தக அமிலக் (H₂SO₄) கரைசல், அறியப்படாத செறிவுள்ள NaOH கரைசல் 25.00 cm³ ஐ முழுமையாக நடுநிலையாக்க 24.00 cm³ தேவைப்பட்டது. H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O. NaOH கரைசலின் செறிவை மூலர்த்திறனில் கணிக்க.
சமன்பாட்டின்படி 1 mol H₂SO₄ : 2 mol NaOH → NaOH இன் மூல் = 2 × 1.20 × 10⁻³ = 2.40 × 10⁻³ mol
NaOH இன் செறிவு = மூல் ÷ கனவளவு = (2.40 × 10⁻³) ÷ (25.00 ÷ 1000)
= 0.0960 mol dm⁻³
தொழிற்சாலையில் இரும்பு(III) ஓட்சைட்டை (Fe₂O₃) காபனுடன் சூடாக்கி இரும்பு பெறப்படுகிறது: 2Fe₂O₃(s) + 3C(s) → 4Fe(s) + 3CO₂(g). 160 g Fe₂O₃ பயன்படுத்தப்பட்டபோது 89.6 g இரும்பு கிடைத்தது. (அ) தத்துவ விளைச்சலைக் கணிக்க. (ஆ) சதவீத விளைச்சலைத் (% yield) துணிக. (இ) STP இல் வெளியேறும் CO₂ இன் கனவளவைக் கணிக்க (தத்துவ அளவின்படி).
(அ) 2 mol Fe₂O₃ : 4 mol Fe → 1.0 mol Fe₂O₃ → 2.0 mol Fe → திணிவு = 2.0 × 56 = 112 g (தத்துவ)
(ஆ) % விளைச்சல் = (89.6 ÷ 112) × 100% = 80.0%
(இ) 2 mol Fe₂O₃ : 3 mol CO₂ → 1.0 mol Fe₂O₃ → 1.5 mol CO₂
கனவளவு = 1.5 × 22 400 = 33 600 cm³ = 33.6 dm³ CO₂