RBSE Class 12th 2024 Chemistry-SS-41-2024 Previous Year Papers

Solution: Overall order = ½ + ³⁄₂ = ⁴⁄₂ = 2

Solution: -OCH₃ is an ortho, para directing group.

Solution: 2,4,6-Tribromophenol

Solution: Semicarbazide

Solution: p-Hydroxyazobenzene

Solution: In this test, the test substance is heated with chloroform and alcoholic potassium hydroxide. In the case of the presence of a primary amine, there will occur a formation of isocyanide (carbylamine) which can be easily identified by its extremely foul smell.

RNH₂ + CHCl₃ + KOH → RNC + KCl + H₂O

Solution:

Moles of A = 0.5
Moles of B = 4.5
Total number of moles = Moles of A + Moles of B = 0.5 + 4.5 = 5

Mole fraction of A = Moles of A / Total number of moles = 0.5 / 5 = 0.1

हल (Solution):

दिया गया है:

• एथेनोइक अम्ल के मोलों की संख्या = 0.05
• बेन्जीन का द्रव्यमान = 250 g

मोललता (m) = (विलेय के मोलों की संख्या) / (विलायक का द्रव्यमान kg में)

विलायक का द्रव्यमान kg में = 250 / 1000 = 0.25 kg

अतः, मोललता (m) = 0.05 / 0.25 = 0.2 mol/kg

डेन्यल सेल का चित्र (Diagram of Daniell Cell):

        Electron flow (इलेक्ट्रॉन प्रवाह)
            ↑
            |
            |  Current (विद्युत धारा)
            |
    ┌───────┴───────┐
    │               │
    │   Zn          │      Cu
    │   (जिंक)      │      (कॉपर)
    │               │
    │   ┌─────┐     │      ┌─────┐
    │   │Salt │     │      │Salt │
    │   │Bridge│    │      │Bridge│
    │   │(लवण│     │      │(लवण│
    │   │ सेतु)│    │      │ सेतु)│
    │   └─────┘     │      └─────┘
    │               │
    │ Solution      │      Solution
    │ containing    │      containing
    │ salt of Zn    │      salt of Cu
    │ (जिंक लवण)   │      (कॉपर लवण)
    └───────────────┘

व्याख्या: डेन्यल सेल में जिंक एनोड और कॉपर कैथोड होता है। लवण सेतु (salt bridge) दोनों अर्ध-कोशिकाओं को जोड़ता है और विद्युत उदासीनता बनाए रखता है। इलेक्ट्रॉन जिंक से कॉपर की ओर प्रवाहित होते हैं।

हल (Solution):

दिया गया है:

• वेग स्थिरांक (k) = 3.86 × 10⁻⁴ s⁻¹
• अभिक्रिया कोटि = प्रथम कोटि (First order)

प्रथम कोटि की अभिक्रिया के लिए अर्धायु (t₁/₂) का सूत्र:

t₁/₂ = 0.693 / k

अतः, t₁/₂ = 0.693 / (3.86 × 10⁻⁴)

t₁/₂ = 1795.34 सेकंड (लगभग)

या, t₁/₂ = 1795.34 / 60 = 29.92 मिनट (लगभग 30 मिनट)

उत्तर (Answer):

अंतराकाशी यौगिकों (Interstitial compounds) के तीन भौतिक अभिलक्षण निम्नलिखित हैं:

1. उच्च गलनांक: इन यौगिकों का गलनांक शुद्ध धातु की तुलना में अधिक होता है।
2. अत्यधिक कठोरता: ये यौगिक बहुत कठोर होते हैं।
3. धात्विक चालकता: ये अपनी धात्विक चालकता (metallic conductivity) बनाए रखते हैं।

संक्रमण धातुओं और उनके यौगिकों की उत्प्रेरकीय गतिविधि निम्नलिखित कारणों से होती है:

• अपनी परिवर्तनशील ऑक्सीकरण अवस्थाओं की प्रवृत्ति के कारण, संक्रमण धातुएँ अस्थायी मध्यवर्ती यौगिक बनाती हैं और अभिक्रिया के लिए कम सक्रियण ऊर्जा वाला एक नया मार्ग प्रदान करती हैं।
• कुछ मामलों में, संक्रमण धातुएँ मुक्त संयोजकताओं के साथ एक उपयुक्त बड़ा सतह क्षेत्र प्रदान करती हैं, जिस पर अभिकारक अधिशोषित हो जाते हैं।

क्लोरीन प्रेरणिक प्रभाव (Inductive effect) के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों को अपनी ओर खींचता है और अनुनाद (Resonance) के माध्यम से इलेक्ट्रॉनों का विस्थापन करता है।

• प्रेरणिक प्रभाव के माध्यम से, क्लोरीन इलेक्ट्रॉनरागी प्रतिस्थापन के दौरान बनने वाले मध्यवर्ती कार्बोकैटायन को अस्थिर करता है।
• अनुनाद के माध्यम से, हैलोजन कार्बोकैटायन को स्थिर करता है, और यह प्रभाव ऑर्थो- और पैरा- स्थितियों पर अधिक स्पष्ट होता है।
• प्रेरणिक प्रभाव अनुनाद से अधिक मजबूत होता है और शुद्ध इलेक्ट्रॉन अपनयन का कारण बनता है, जिससे शुद्ध निष्क्रियीकरण (deactivation) होता है।
• अनुनाद प्रभाव ऑर्थो- और पैरा- स्थितियों पर आक्रमण के लिए प्रेरणिक प्रभाव का विरोध करता है, जिससे ऑर्थो- और पैरा- आक्रमण के लिए निष्क्रियीकरण कम हो जाता है।
• इस प्रकार, अभिक्रियाशीलता मजबूत प्रेरणिक प्रभाव द्वारा नियंत्रित होती है, जबकि दिशा-निर्देशन अनुनाद प्रभाव द्वारा नियंत्रित होता है।

दी गई अभिक्रिया में, फिनोल (OH) का नाइट्रीकरण (HNO₃/H₂SO₄) करने पर 2,4,6-ट्राइनाइट्रोफिनॉल (पिक्रिक अम्ल) बनता है।

IUPAC नाम: 2,4,6-ट्राइनाइट्रोफिनॉल (2,4,6-Trinitrophenol)

रासायनिक सूत्र: C₆H₃N₃O₇

संरचना:

    OH
    |
O₂N — C — NO₂
    |
    C
   / \
  C   C
 /     \
H       H

(सरल रूप में: O₂N-C₆H₂(OH)(NO₂)₂)

Solution:

When ethanol is heated with excess concentrated sulphuric acid at 413 K, diethyl ether is formed.

Chemical Equation:

2CH₃—CH₂—OH → CH₃—CH₂—O—CH₂—CH₃ + H₂O

IUPAC Name: Ethoxyethane

Solution:

The reaction sequence is:

Phenol → (Oleum) → [A] → (NaOH, heat) → [B]

[A] = C₆H₄(OH)(SO₃H) (o-hydroxybenzenesulphonic acid or p-hydroxybenzenesulphonic acid)

[B] = C₆H₄(OH)(OH) (Catechol or Resorcinol or Hydroquinone depending on position)

More precisely:

[A] = C₆H₄(OH)(SO₃H) (Phenol sulphonic acid)

[B] = C₆H₄(OH)₂ (Dihydroxybenzene)

Solution:

In aniline, the lone pair of electrons on the nitrogen atom is in conjugation with the π-electrons of the benzene ring and participates in resonance. This delocalization makes the lone pair less available for donation to a proton. In ammonia, the lone pair is localized on nitrogen and is fully available for donation. Therefore, aniline is a weaker base than ammonia.

Conclusion: Aniline is less basic than ammonia.

Solution:

The double helix structure of DNA consists of two polynucleotide chains wound around each other in a right-handed spiral. The two strands are antiparallel, meaning they run in opposite directions (5' to 3' and 3' to 5'). The backbone is made of alternating sugar (deoxyribose) and phosphate groups, while the nitrogenous bases (adenine, thymine, guanine, cytosine) pair specifically: A with T (two hydrogen bonds) and G with C (three hydrogen bonds). The bases are stacked inside the helix, and the entire structure is stabilized by hydrogen bonds and hydrophobic interactions.

Fig. Double strand helix structure for DNA

Solution:

(i) Order of Reaction: The sum of the powers to which the concentration of the reactants are raised in the rate law expression is called the order of that chemical reaction. For example, for a reaction aA + bB → products, if the rate law is Rate = k[A]^m[B]^n, then the overall order of the reaction is m + n.

(ii) Pseudo First Order Reaction: A pseudo first-order reaction is a reaction that is actually of higher order (usually second order) but behaves like a first-order reaction because one of the reactants is present in large excess or its concentration remains constant throughout the reaction. This makes the rate depend only on the concentration of the other reactant.

Example: Hydrolysis of ethyl acetate (CH₃COOC₂H₅) in acidic medium:

CH₃COOC₂H₅ + H₂O → CH₃COOH + C₂H₅OH

Here, water is present in large excess, so its concentration remains practically constant. The rate law becomes: Rate = k[CH₃COOC₂H₅][H₂O] ≈ k'[CH₃COOC₂H₅], where k' = k[H₂O] (constant). Thus, the reaction follows first-order kinetics.

Solution:

(i) Molecularity of a Reaction: Molecularity of a reaction is defined as the number of molecules (atoms or ions) that collide simultaneously to bring about a chemical reaction in an elementary step. It is always a whole number (1, 2, 3, etc.) and cannot be zero or fractional. For example, a unimolecular reaction involves one molecule, a bimolecular reaction involves two molecules, and a termolecular reaction involves three molecules.

(ii) Role of Activation Energy in the Feasibility of a Chemical Reaction: Activation energy (Ea) is the minimum amount of energy that reacting molecules must possess for a successful collision leading to product formation. It acts as an energy barrier that must be overcome for a reaction to occur. A lower activation energy means more molecules have sufficient energy to react, making the reaction faster and more feasible. A higher activation energy means fewer molecules can overcome the barrier, making the reaction slower or even infeasible under normal conditions. Catalysts work by providing an alternative pathway with lower activation energy, thereby increasing the reaction rate without being consumed.

Solution for [Co(NH₃)₆]³⁺:

Step 1: Determine the oxidation state of cobalt.
Let oxidation state of Co be x. NH₃ is neutral, so x + 0 = +3 ⇒ x = +3. Thus, Co is in +3 oxidation state.

Step 2: Write the electronic configuration of Co³⁺.
Co (atomic number 27): [Ar] 3d⁷ 4s²
Co³⁺: [Ar] 3d⁶

Step 3: Hybridization and geometry.
NH₃ is a strong field ligand. It causes pairing of electrons in the 3d orbitals. The 3d orbitals are rearranged as: (t₂g)⁶ (e₉)⁰. Two 3d orbitals (one d₂² and one dₓ²₋ᵧ²) are empty. These empty d orbitals hybridize with one 4s and three 4p orbitals to form six d²sp³ hybrid orbitals. Each hybrid orbital accepts a lone pair from NH₃, forming an octahedral complex.

Step 4: Magnetic nature.
Since all six 3d electrons are paired (no unpaired electrons), the complex is diamagnetic.

Conclusion: Geometry = Octahedral; Magnetic nature = Diamagnetic.

Solution for [CoF₆]³⁻:

Step 1: Determine the oxidation state of cobalt.
Let oxidation state of Co be x. F⁻ has charge -1, so x + 6(-1) = -3 ⇒ x = +3. Thus, Co is in +3 oxidation state.

Step 2: Write the electronic configuration of Co³⁺.
Co³⁺: [Ar] 3d⁶

Step 3: Hybridization and geometry.
F⁻ is a weak field ligand. It does not cause pairing of electrons. The 3d orbitals contain 4 unpaired electrons (t₂g⁴ e₉²). The outer 4d orbitals are used for hybridization. One 4s, three 4p, and two 4d orbitals hybridize to form six sp³d² hybrid orbitals. Each hybrid orbital accepts a lone pair from F⁻, forming an octahedral complex.

Step 4: Magnetic nature.
Since there are 4 unpaired electrons, the complex is paramagnetic.

Conclusion: Geometry = Octahedral; Magnetic nature = Paramagnetic.

उत्तर / Answer

(i) The boiling points of isomeric haloalkanes decrease with increase in branching.

जैसे-जैसे हैलोऐल्केन में शाखाएँ (branching) बढ़ती हैं, अणु का आकार गोलाकार हो जाता है और अणुओं के बीच का पृष्ठीय क्षेत्रफल (surface area) कम हो जाता है। इससे अंतराअणुक बल (van der Waals forces) कमजोर हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप क्वथनांक (boiling point) घट जाता है। उदाहरण के लिए, n-पेंटेन का क्वथनांक 36.1°C है, जबकि नियोपेंटेन का क्वथनांक 9.5°C है।

(ii) The melting point of p- isomer is higher than those of o- and m- isomers of isomeric dichlorobenzenes.

p-डाइक्लोरोबेन्जीन में दो क्लोरीन परमाणु एक-दूसरे के विपरीत (para) स्थिति में होते हैं, जिससे अणु सममित (symmetrical) होता है। यह सममिति क्रिस्टल जालक (crystal lattice) में अणुओं को अधिक कसकर पैक होने में मदद करती है, जिससे अंतराअणुक बल मजबूत होते हैं और गलनांक (melting point) अधिक होता है। इसके विपरीत, o- और m-समावयवी कम सममित होते हैं, जिससे उनके क्रिस्टल जालक कमजोर होते हैं और गलनांक कम होता है।

(iii) The racemic mixture of an optically active compound is always optically inactive.

एक रेसिमिक मिश्रण (racemic mixture) में दो प्रकाशिक समावयवी (enantiomers) बराबर मात्रा में उपस्थित होते हैं: एक ध्रुवण घूर्णक (dextrorotatory, +) और दूसरा प्रतिध्रुवण घूर्णक (levorotatory, -)। ये दोनों समावयवी समतल-ध्रुवित प्रकाश (plane-polarized light) को विपरीत दिशाओं में समान मात्रा में घुमाते हैं, जिससे एक-दूसरे का प्रभाव निष्प्रभावी (cancel) हो जाता है। परिणामस्वरूप, मिश्रण कुल मिलाकर कोई शुद्ध घूर्णन (net rotation) नहीं दिखाता और प्रकाशिक रूप से निष्क्रिय (optically inactive) होता है।

मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रॉड (SHE) एक प्लैटिनम इलेक्ट्रॉड होता है जो 1 M H⁺ आयन सांद्रता वाले अम्लीय विलयन में डुबोया जाता है। इसमें 1 atm दाब पर हाइड्रोजन गैस प्रवाहित की जाती है। प्लैटिनम फॉइल या जाली पर प्लैटिनम ब्लैक की परत चढ़ी होती है जो गैस अवशोषण में सहायक होती है। इसका विभव 25°C पर शून्य माना जाता है।

ऐनोड अभिक्रिया: Zn → Zn²⁺ + 2e^-

कैथोड अभिक्रिया: 2MnO₂ + 2NH₄⁺ + 2e^- → Mn₂O₃ + 2NH₃ + H₂O

लोहे का संक्षारण (जंग लगना) एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया है। लोहे की सतह पर नमी और ऑक्सीजन की उपस्थिति में छोटी-छोटी गैल्वेनिक कोशिकाएँ बन जाती हैं। लोहे का कुछ भाग ऐनोड के रूप में कार्य करता है जहाँ Fe → Fe²⁺ + 2e^- अभिक्रिया होती है। इलेक्ट्रॉन कैथोड भाग में जाते हैं जहाँ O₂ + 2H₂O + 4e^- → 4OH^- अभिक्रिया होती है। Fe²⁺ आयन OH^- आयनों से अभिक्रिया कर Fe(OH)₂ बनाते हैं जो आगे ऑक्सीकृत होकर Fe₂O₃.xH₂O (जंग) बनाता है।

ऐनोड अभिक्रिया: Zn (Hg) + 2OH^- → ZnO + H₂O + 2e^-

कैथोड अभिक्रिया: HgO + H₂O + 2e^- → Hg + 2OH^-

Key Points:

• Temperature: 25°C (298 K)
• Pressure of H₂ gas: 1 bar
• Concentration of H⁺: 1 M
• Platinum black provides large surface area for adsorption of H₂ gas

Explanation: The ferrous ions (Fe²⁺) formed are further oxidised by atmospheric oxygen to ferric ions (Fe³⁺), which come out as rust in the form of hydrated ferric oxide (Fe₂O₃·xH₂O), with further production of hydrogen ions. This process continues, leading to the gradual corrosion of iron in the atmosphere.

हल / Solution

(i) लाल-चींटी के डंक में उपस्थित अम्ल का IUPAC नाम: मेथेनॉइक अम्ल (Methanoic acid) है। इसका रासायनिक सूत्र HCOOH है।

(ii) कैनिजारो अभिक्रिया (Cannizzaro reaction): वे ऐल्डिहाइड जिनमें α-हाइड्रोजन परमाणु नहीं होता, सांद्र क्षार के साथ अभिक्रिया करके स्व-ऑक्सीकरण और अपचयन (असमानुपातन) से गुजरते हैं।

(iii) अभिक्रिया: CH₃COONa → [A] + Na₂CO₃

यह अभिक्रिया सोडियम एसीटेट के अपघटन को दर्शाती है। [A] का रासायनिक सूत्र: CH₄ (मीथेन) है।

CH₃COONa + NaOH → CH₄ + Na₂CO₃

हल / Solution

(i) सिरके में उपस्थित अम्ल का IUPAC नाम: एथेनॉइक अम्ल (Ethanoic acid) है। इसका रासायनिक सूत्र CH₃COOH है।

(ii) रोजेनमुंड अपचयन (Rosenmund reduction): इस अभिक्रिया में एसिड क्लोराइड को Pd/BaSO₄ उत्प्रेरक की उपस्थिति में H₂ गैस प्रवाहित करके ऐल्डिहाइड में अपचयित किया जाता है।

(iii) अभिक्रिया: CO + HCl → [Z] (निर्जल AlCl₃/CuCl)

यह गैटरमैन-कोच अभिक्रिया है। [Z] का रासायनिक सूत्र: H-COCl (फॉर्मिल क्लोराइड) है।

CO + HCl →^AlCl₃/CuCl H-COCl

Reaction:

R—COCl + H₂ →^{Pd/BaSO₄ (poisoned)} R—CHO + HCl

Example: Benzoyl chloride (C₆H₅COCl) on Rosenmund reduction gives Benzaldehyde (C₆H₅CHO).

Explanation: This is the Gattermann-Koch reaction. In this reaction, benzene is treated with carbon monoxide and hydrogen chloride in the presence of anhydrous aluminium chloride and cuprous chloride to form benzaldehyde.

Mechanism:

1. CO + HCl + AlCl₃ → HCO⁺ + AlCl₄⁻
2. Benzene attacks HCO⁺ to form a sigma complex.
3. Loss of H⁺ gives benzaldehyde.

Overall reaction: C₆H₆ + CO + HCl →^{Anhyd. AlCl₃/CuCl} C₆H₅CHO + HCl