GSEB Solutions Class 11 Chemistry Chapter 6 ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર

Gujarat Board GSEB Textbook Solutions Class 11 Chemistry Chapter 6 ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર Textbook Questions and Answers.

Gujarat Board Textbook Solutions Class 11 Chemistry Chapter 6 ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર

GSEB Class 11 Chemistry ઉષ્માગતિશાસ્ત્ર Text Book Questions and Answers

પ્રશ્ન 1.
સાચો ઉત્તર પસંદ કરો :
1. ઉષ્માગતીય અવસ્થા વિધેય ……………. રાશિ છે.
(i) ઉષ્મા ફેરફાર નક્કી કરવા વપરાતી
(ii) જેનું મૂલ્ય પથથી સ્વતંત્ર છે.
(iii) દબાણ-કદ કાર્ય નક્કી કરવા વપરાય છે.
(iv) જેનું મૂલ્ય માત્ર તાપમાન પર આધાર રાખે છે.
ઉત્તર:
(i) ઉષ્મા ફેરફાર નક્કી કરવા વપરાતી

2. સોષ્મી પરિસ્થિતિ હેઠળ થનાર પ્રક્રમને માટે સાચી શરત છે :
(i) Δ T = 0
(ii) Δ p = 0
(iii) q = 0
(iv) ω = 0
ઉત્તર:
(iii) q = 0

3. બધાં જ તત્ત્વોની એન્થાલ્પી તેમની પ્રમાણિત અવસ્થામાં હોય છે.
(i) એક
(ii) શૂન્ય
(iii) < 0
(iv) દરેક તત્ત્વ માટે અલગ
ઉત્તર:
(ii) શૂન્ય

4. મિથેનના દહનનું ΔU^⊖ મૂલ્ય – XkJ mol^-1 છે. Δ H^⊖નું મૂલ્ય શું હશે?
(i) = Δ U^⊖
(ii) > Δ U^⊖
(iii) < Δ U^⊖
(iv) = 0
ઉત્તર:
(iii) < Δ U^⊖
ઉકેલ:
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(1)
અહીં, Δ n_(g) = n_p(g) – n_r(g) = 1 – 3 = – 2
Δ H^⊖ = ΔU^⊖ + Δ n_(g)RT
∴ ΔH^⊖ = ΔU^⊖ – 2RT
∴ Δ H^⊖ < Δ U^⊖

5. 298 K તાપમાને મિથેન, ગ્રેફાઇટ અને ડાયહાઇડ્રોજનની દહન એન્થાલ્પી અનુક્રમે – 890.3 kJ mol^-1, – 393.5 kJ mol^-1
અને – 285.8 kJ mol^-1 છે. CH₄(g)ની સર્જન (formation) એન્થાલ્પી કેટલી હશે?
(i) – 74.8 kJ mol^-1
(ii) – 52.27 kJ mol^-1
(iii) + 74.8 kJ mol^-1
(iv) + 52.26 kJ mol^-1
ઉત્તર:
(i) – 74.8 kJ mol^-1
ઉકેલ:
મિથેનની બનાવટનું સમીકરણ :
C(s) + 2H₂(g) → CH₄(g); Δ_fH^⊖ = ?

(i) મિથેન(1 mol)નું દહન સમીકરણ :
CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l); Δ H = – 890.3 kJ mol^-1

(ii) 1 mol ગ્રેફાઇટ માટે દહન એન્થાલ્પીનું સમીકરણ :
C(s) + O₂(g) → CO₂(g); Δ H = – 393.5 kJ mol^-1

(iii) 1 mol ડાયહાઇડ્રોજનની દહન એન્થાલ્પીનું સમીકરણ :
H₂(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) → H₂O(l); Δ H = – 285.8 kJ mol^-1
સમીકરણ (iii)ને 2 વડે ગુણતાં,

(iv) 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(1); Δ H = – 571.6 kJ mol^-1
હવે, સમીકરણ (ii) અને (iv)નો સરવાળો કરી, સમીકરણને ઊલટાવતાં નીચે મુજબ જરૂરી સમીકરણ પ્રાપ્ત થાય છેઃ
C(s) + 2H₂(g) → CH₄(g)
Δ Η = {(- 393.5) + (-571.6)} + 890.3
= – 74.8 kJ mol^-1

6. પ્રક્રિયા A + B → C + D + qનો ઍન્ટ્રોપી ફેરફાર ધન જણાયો છે, તો પ્રક્રિયા
(i) ઊંચા તાપમાને શક્ય હશે.
(ii) નીચા તાપમાને શક્ય હશે.
(iii) કોઈ પણ તાપમાને શક્ય નથી.
(iv) કોઈ પણ તાપમાને શક્ય હશે.
ઉત્તર:
(iv) કોઈ પણ તાપમાને શક્ય હશે.

પ્રશ્ન 2.
એક પ્રક્રમમાં પ્રણાલી દ્વારા 701 J ઉષ્મા શોષાયેલ છે અને 394 J કાર્ય પ્રણાલી દ્વારા થયું છે. પ્રક્રમની આંતરિક ઊર્જાનો તફાવત શું હશે?
ઉકેલ:
Δ U = q + ω જ્યાં, q = + 701 J
∴ Δ U = 701 – 394 ω = – 394 J
= + 307 J
આમ, પ્રક્રમની આંતરિક ઊર્જામાં 307 Jનો વધારો થશે.

પ્રશ્ન 3.
સાયનેમાઇડ NH₂CN(s)ની ડાયઑક્સિજન સાથેની પ્રક્રિયા બૉમ્બ કૅલરીમીટરમાં કરવામાં આવી અને Δ Uનું મૂલ્ય – 742.7 kJ mol^-1 298 K તાપમાને મળેલ છે. પ્રક્રિયા માટે 298 K તાપમાને એન્થાલ્પી ફેરફાર ગણો :
NH₂CN(s) + \(\frac{3}{2}\) O₂(g) → N₂(g) + CO₂(g) + H₂O(l)
ઉકેલઃ
NH₂CN(s) + \(\frac{3}{2}\) O₂(g) → N₂(g) + CO₂(g) + H₂O(l)
અહીં, Δ n_(g) = n_p – n_r
= 2 – 1.5
= 0.5 mol

Δ U = – 742.7 kJ mol^-1
R = 8.314 × 10^-3 kJ mol^-1K^-1
T = 298 K
Δ H = ?
હવે, Δ H = Δ U + Δ n_(g)RT
= – 742.7 + (0.5) (8.314 × 10^-3) (298)
= – 742.7 + 1238.786 × 10^-3
= – 741.46 kJ mol

પ્રશ્ન 4.
60.0 g ઍલ્યુમિનિયમનું તાપમાન 35 °Cથી 55 °C સુધી વધારવા માટે જરૂરી ઉષ્માનું મૂલ્ય kJમાં ગણો. A1ની મોલર ઉષ્માધારિતા 24 J mol^-1 K^-1 છે.
ઉકેલ:
Alનું વજન = 60.0 g
Alનું પરમાણ્વીય દળ = 27 g mol^-1
Alની મોલર ઉષ્માધારિતા = 24 J mol^-1 K^-1
Δ T = 55 °C – 35 °C
= 20°C
= 20 K
હવે, q = n × C × Δ T
= \(\frac{w}{\mathrm{M}}\) × C × Δ T
= \(\frac{60}{27}\) × 24 × 20
= 1066.66 J
= 1.067 kJ

પ્રશ્ન 5.
1.0 mol પાણીને 10.0°Cથી – 10.0°C તાપમાને ઠારવામાં આવે, તો થતો એન્થાલ્પી ફેરફાર ગણો :
0 °C તાપમાને Δ_fusH = 6.03 kJ mol^-1
C_p [H₂O(l)] = 75.3 J mol^-1K
C_p [H₂O(s)] = 36.8 J mol^-1 K
ઉકેલ:
1 મોલ પાણી 10 °C → 1 મોલ પાણી 0 °C
1 મોલ પાણી 0 °C → 1 મોલ બરફ 0 °C
1 મોલ બરફ 0 °C → 1 મોલ બરફ – 10 °C

(C_p (H₂O(l)) × Δ T) + \(\frac{\Delta H_{\text {freezing }}}{T_f}\) + (C_p(H₂O(s)) × Δ T)
= (- 75.3 J K^-1 mol^-1 × 10 K) + (- 6.03 kJ mol^-1) + (- 36.8 J K^-1 mol^-1 × – 10 K)
= – 753 J mol^-1 – 6.03 kJ mol^-1 = – 368 J mol^-1
= – (0.753 kJ mol^-1 + 6.03 kJ mol^-1 + 0.368 kJ mol^-1)
= – 7.151 kJ mol^-1

પ્રશ્ન 6.
કાર્બનના CO₂માં દહનની એન્થાલ્પી – 393.5 kJ mol^-1 છે. કાર્બન અને ડાયઑક્સિજનમાંથી 35.2 g CO₂ બનાવવામાં મુક્ત થતી ઉષ્મા ગણો.
ઉકેલઃ
C(s) + O₂(g) → CO₂(g); Δ_cH = – 393.5 kJ mol^-1
44 g CO₂ ઉત્પન્ન થાય તો મુક્ત થતી ઉષ્મા 393.5 kJ
∴ 35.2 g CO₂ ઉત્પન્ન કરવા માટે મુક્ત થતી ઉષ્મા
= \(\frac{35.2 \times 393.5 \mathrm{~kJ}}{44}\)
= 314.8 kJ
∴ Δ_cH = – 314.8 kJ

પ્રશ્ન 7.
CO(g), CO₂(g), N₂O(g) અને N₂O₄(g) સર્જન ની એન્થાલ્પી અનુક્રમે – 110, – 393, 81 અને 9.7 kJ mol^-1 છે. પ્રક્રિયા N₂O₄(g) + 3CO(g) → N₂O(g) + 3CO₂(g) Δ_rHનું મૂલ્ય શોધો.
ઉકેલઃ
Δ_rH = Σ Δ_fΗ(p) – ΣΔ_f Η_(r)

= [81 + 3( – 393)] – [9.7 + 3(- 110)] kJ
= – 777.7 kJ

પ્રશ્ન 8.
N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g);
Δ_rH^⊖ = – 92.4 kJ mol^-1 આપેલ છે. NH₃ વાયુની પ્રમાણિત એન્થાલ્પી કેટલી હશે?
ઉકેલ:
NH₃(g)ની સર્જન એન્થાલ્પી શોધવી.
\(\frac{1}{2}\) N₂(g) + \(\frac{3}{2}\) H₂(g) → NH₃(g)
∴ Δ_fH^⊖ = \(\frac{-92.4}{2}\)
= – 46.2 kJ mol^-1

પ્રશ્ન 9.
નીચેની માહિતી પરથી CH₃OH(l)ની પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પી ગણો :
(i) CH₃OH(l) + \(\frac{3}{2}\) O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l); Δ_rH^⊖ = – 726 kJ mol^-1
(ii) C_{(ગ્રેફાઇટ)} + O₂(g) → CO₂(g); Δ_cH^⊖ = – 393 kJ mol^-1
(iii) H₂(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) → H₂O(l); Δ_fH^⊖ = -286 kJ mol^-1
ઉકેલ:
CH₃OHની પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પીનું સમીકરણ નીચે પ્રમાણે છેઃ
C(s) + 2H₂(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) →CH₃OH(l), Δ_fH^⊖ =?
હેસના ઉષ્મા સંકલનના નિયમાનુસાર,
સમીકરણ (1)ને ઊલટાવી, સમીકરણ (iii) ને 2 વડે ગુણી સમીકરણ (i) + (ii) + (iii) કરતાં,

આમ, CH₃OHની પ્રમાણિત સર્જન એન્થાલ્પી – 239 kJ mol^-1 છે.

પ્રશ્ન 10.
CCl₄(g) →C(g) + 4Cl(g) પ્રક્રિયા માટે એન્થાલ્પી ફેરફાર ગણો અને CCl₄(g)માં C – Cl બંધની બંધન એન્થાલ્પી ગણો :
Δ_vapH^⊖ (CCl₄) = 30.5 kJ mol^-1
Δ_fH^⊖ (CCl₄) = – 135.5 kJ mol^-1
Δ_aH^⊖ (C) = 715.0 kJ mol^-1
જ્યાં, Δ_aH^⊖ પરમાણ્વીયકરણ (atomisation) એન્થાલ્પી છે.
Δ_aH^⊖(Cl₂) = 242 kJ mol^-1
ઉકેલઃ
(1) CCl₄(l) → CCl₄(g); Δ_vapH^⊖ = + 30.5 kJ mol^-1

(2) C(s) + 2Cl₂(g) → CCl₄(l); Δ_fH^⊖ = 135.5 kJ mol^-1

(3) C(s) → C(g); Δ_aH^⊖ = 715.0 kJ mol ^-1

(4) Cl₂(g) → 2Cl(g); Δ_aH^⊖ = 242.0 kJ mol ^-1
આ સમીકરણને વડે ગુણતાં,

(5) 2Cl₂(g) → 4Cl(g); Δ_aH^⊖ = 484.0 kJ mol^-1
હવે, સમીકરણ (3) અને (5)નો સરવાળો કરતાં,

(6) C(s) + 2Cl₂(g) → C(g) + 4Cl(g); Δ H = 1199.0 kJ mol^-1
સમીકરણ (1) અને (2)ને ઊલટાવતાં,

(7) CCl₄(g) → CCl₄(l); Δ H = – 30.5 kJ mol^-1

(8) CCl₄(l) → C(s) + 2Cl₂(g); Δ H = + 135.5 kJ mol^-1
હવે, સમીકરણ (6), (7) અને (8)નો સરવાળો કરતાં,

CCl₄(g) → C(g) + 4Cl(g); Δ H = 1304 kJ mol^-1
∴ CCl₄માં C – Clની બંધ એન્થાલ્પી = \(\frac{1304}{4}\)
= 326 kJ mol^-1

પ્રશ્ન 11.
નિરાળી પ્રણાલી માટે Δ U = 0 છે, તો Δ S શું હોઈ શકે?
ઉત્તર:
નિરાળી પ્રણાલી માટે Δ U = 0 છે. તથા આપમેળે થતા પ્રક્રમ માટે Δ S > 0 થશે. ઉદાહરણ તરીકે, બે બલ્બ A અને B પૈકી બલ્બ Aમાં વાયુ ભરવામાં આવે છે, જ્યારે બલ્બ B શૂન્યાવકાશ ધરાવે છે. આ બંને બલ્બને એક સાંકડી નળી વડે જોડી તેમની વચ્ચેનો વાલ્વ ખોલતાં વાયુનું શૂન્યાવકાશમાં આપમેળે પ્રસરણ થશે.
આથી અવ્યવસ્થામાં વધારો થશે. આથી Δ S > 0.
વધુમાં, Δ S = \(\frac{q_{\mathrm{rev}}}{\mathrm{T}}=\frac{\Delta \mathrm{H}}{\mathrm{T}}=\frac{\Delta \mathrm{U}+\mathrm{P} \Delta \mathrm{V}}{\mathrm{T}}=\frac{\mathrm{P} \Delta \mathrm{V}}{\mathrm{T}}\)
∴ T Δ S > 0

પ્રશ્ન 12.
2A + B →C પ્રક્રિયા માટે 298 K તાપમાને Δ H = 400 kJ mol^-1 અને Δ S = 0.2 kJ K^-1mol^-1 પ્રક્રિયા માટે Δ H અને Δ S ગણો અને પ્રાથન કરો કે પ્રક્રિયા કયા તાપમાને સ્વયંસ્ફુરિત થશે કે નહિ?
ઉકેલ:
Δ H = 400 kJ mol^-1
Δ S = 0.2 kJ K^-1 mol^-1
T = ?
હવે, Δ G = Δ H – T Δ S
∴ 0 = 400 kJ mol^-1 – T(0.2) kJ K^-1 mol^-1
∴ T = \(\frac{400 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}}{2 \mathrm{~kJ} \mathrm{~K}^{-1} \cdot \mathrm{mol}^{-1}}\) = 2000 K

2000 Kથી ઊંચા તાપમાને પ્રક્રિયા સ્વયંસ્ફુરિત થશે.

પ્રશ્ન 13.
2Cl(g) → Cl₂(g) પ્રક્રિયા માટે Δ H અને Δ Sની સંજ્ઞાઓ શું હશે?
ઉત્તર:
અહીં, બે Cl પરમાણુઓ વચ્ચે બંધનું નિર્માણ થઈ Cl₂ અણુ બને છે. આથી ઊર્જા મુક્ત થશે. તેથી Δ H ઋણ હશે.

અહીં, અવ્યવસ્થામાં ઘટાડો થશે, જેથી Δ S પણ ઋણ થશે.
આમ, Δ H < 0, Δ S < 0.

પ્રશ્ન 14.
2A(g) + B(g) → 2D(g) પ્રક્રિયા માટે,
Δ U^⊖ = – 10.5kJ અને Δ S^⊖ = – 44.1 J K^-1. પ્રક્રિયા માટે Δ G^⊖ ગણો અને પ્રાથન કરો કે પ્રક્રિયા સ્વયંસ્ફુરિત રીતે થઈ શકશે?
ઉકેલ:
2A(g) + B(g) → 2D(g)
Δ n_(g) = np_(g) – nr_(g)
= 2 (2 + 1) = – 1
Δ H^⊖ = Δ U^⊖ + Δ n_(g)RT
= – 10.5 + (- 1 × 8.314 × 10^-3 × 298)
= – 10.5 – 2.477
= – 12.977 J
હવે, Δ_fG^⊖ = Δ H^⊖ – T Δ S^⊖
= – 12.977 – (298) (- 44.1 × 10^-3)
= – 12.977 + 13.14
= 0.164 kJ
અહીં, Δ_fG^⊖નું મૂલ્ય ધન મળે છે. આથી પ્રક્રિયા સ્વયંસ્ફુરિત થશે નહિ.

પ્રશ્ન 15.
એક પ્રક્રિયા માટે સંતુલન અચળાંક 10 છે, Δ G^⊖ નું મૂલ્ય કેટલું હશે? (R = 8.314 J K^-1 mol^-1, T = 300 K)
ઉકેલઃ
Δ G^⊖ = – 2.303 RT log K
= – 2.303 × 8.314J K^-1 mol^-1 × 300 K × log 10
= – 5744.14 J mol^-1
= – 5.744 kJ mol^-1

પ્રશ્ન 16.
NO(g) માટે ઉષ્માગતીય સ્થાયિતા પર ટીકા કરોઃ
\(\frac{1}{2}\) N₂(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) → NO(g); Δ_rH^⊖ = 90 kJ mol^-1
NO(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) → NO₂(g); Δ_rH^⊖ = – 74 kJ mol^-1 આપેલ છે.
ઉકેલ:
NO(g) અસ્થાયી છે, કારણ કે પ્રક્રિયા ઉષ્માશોષક છે. NO₂(g) સ્થાયી છે, કારણ કે પ્રક્રિયા ઉષ્માક્ષેપક છે. આથી અસ્થાયી NO(g) સ્થાયી NO₂(g)માં રૂપાંતરિત થાય છે.

પ્રશ્ન 17.
પ્રમાણિત પરિસ્થિતિમાં 1 mol H₂O(l) બને ત્યારે પર્યાવરણમાં થતો ઍન્થ્રોપી ફેરફાર ગણો.
Δ_fH^⊖ = – 286 kg mol^-1
ઉકેલ:
H₂(g) + \(\frac{1}{2}\) O₂(g) → H₂O(l); Δ_fH^⊖ = – 286 kJ mol^-1
આ પ્રક્રિયા દરમિયાન 286 kJ mol^-1 ઊર્જાનું ઉત્સર્જન થાય છે; અર્થાત્ આ ઊર્જા પર્યાવરણ દ્વારા શોષાય છે.
આથી q_surr = + 286 kJ mol^-1
∴ Δ S_surr = \(\frac{q_{\text {surr }}}{\mathrm{T}}\)
= \(\frac{286 \mathrm{~kJ} \mathrm{~mol}^{-1}}{298 \mathrm{~K}}\)
= 0.9597 kJ K^-1 mol^-1
= 959.7 J K^-1 mol^-1