রসায়ন ২য় পত্র প্রশ্ন

উত্তর ও ব্যাখ্যা

1. ক)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   তড়িৎ রাসায়নিক কোষের দুটি তড়িৎদ্বারের মধ্যে তড়িৎ বিভবের যে পার্থক্যের কারণে বর্তনীতে তড়িৎ প্রবাহের সৃষ্টি হয়, তাকে কোষের তড়িৎচালক বল বা e.m.f (electromotive force) বলে।

2. খ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   লেড স্টোরেজ ব্যাটারির চেয়ে লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অধিক সুবিধাজনক হওয়ার কারণসমূহ নিম্নরূপ:
   ১. লিথিয়াম সবচেয়ে হালকা ধাতু হওয়ায় লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি আকারে ছোট এবং ওজনে অনেক হালকা, ফলে এটি বহনযোগ্য ডিভাইসে অত্যন্ত উপযোগী।
   ২. লিথিয়াম ব্যাটারির শক্তি ঘনত্ব (Energy density) লেড স্টোরেজ ব্যাটারির তুলনায় অনেক বেশি এবং এর কার্যকর আয়ুষ্কাল বা সাইকেল লাইফ অনেক দীর্ঘ।
   ৩. লেড স্টোরেজ ব্যাটারিতে বিষাক্ত সীসা (Pb) এবং ক্ষতিকর সালফিউরিক এসিড (H2SO4) ব্যবহৃত হয়, যা পরিবেশের জন্য বিপজ্জনক। পক্ষান্তরে, লিথিয়াম আয়ন ব্যাটারি অপেক্ষাকৃত পরিবেশবান্ধব।

3. গ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   'ক' পাত্রে M'SO4 দ্রবণে উপস্থিত দ্রাব M'SO4 এর প্রাথমিক মোল সংখ্যা,
   $n_{initial} = V \times S$ = (250 / 1000) L × 0.5 mol/L = 0.125 mol

   তড়িৎ প্রবাহ, I = 5000 mA = 5 A
   সময়, t = 0.5 hours = 0.5 × 3600 s = 1800 s
   M' এর যোজনী = 2 (যেহেতু সংকেত M'SO4, অর্থাৎ M'²⁺)

   ক্যাথোডে সংঘটিত বিক্রিয়া:
   M'²⁺ + 2e⁻ → M'

   ফ্যারাডের সূত্রানুসারে তড়িৎ বিশ্লেষণের ফলে সঞ্চিত বা নিঃশেষিত M' এর মোল সংখ্যা,
   $n_{consumed} = It / (nF) = (5 \times 1800) / (2 \times 96500) = 9000 / 193000 \approx 0.04663$ mol

   সুতরাং, দ্রবণে অবশিষ্ট M'²⁺ বা M'SO4 এর মোল সংখ্যা,
   $n_{remaining} = n_{initial} - n_{consumed} = 0.125 - 0.04663 = 0.07837$ mol

   অতএব, 'ক' পাত্রের দ্রবণের পরিবর্তিত ঘনমাত্রা,
   $S_{new} = n_{remaining} / V = 0.07837$ mol / 0.250 L ≈ 0.3135 M।

4. ঘ)

   AI-তৈরি নমুনা উত্তর

   উদ্দীপকে প্রদত্ত বিজারণ বিভব মানসমূহ:
   E°(M²⁺/M) = -0.77 V
   E°(M'²⁺/M') = -0.23 V (যেহেতু জারণ বিভব E°(M'/M'²⁺) = +0.23 V)
   E°(M''²⁺/M'') = +0.34 V

   উভয় পাত্রই ধাতু 'M' দ্বারা তৈরি।

   ১. 'ক' পাত্রের ক্ষেত্রে:
   'ক' পাত্রে M'SO4 দ্রবণ রয়েছে। পাত্রটি ধাতু M দ্বারা তৈরি।
   পাত্রে জারণ বিক্রিয়া: M → M²⁺ + 2e⁻ ; $E^\circ_{ox}$ = +0.77 V
   দ্রবণে বিজারণ বিক্রিয়া: M'²⁺ + 2e⁻ → M' ; $E^\circ_{red}$ = -0.23 V
   কোষ বিক্রিয়ার প্রমাণ কোষ বিভব,
   $E^\circ_{cell} = E^\circ_{ox}(M/M^{2+}) + E^\circ_{red}(M'^{2+}/M')$ = +0.77 V + (-0.23 V) = +0.54 V
   যেহেতু $E^\circ_{cell}$ এর মান ধনাত্মক (+0.54 V), তাই ধাতু M এবং M'²⁺ এর মধ্যে বিক্রিয়াটি স্বতঃস্ফূর্তভাবে ঘটবে। ফলে দীর্ঘ সময় ব্যবহারে 'ক' পাত্রটি দ্রবীভূত হয়ে ক্ষয়প্রাপ্ত বা ছিদ্র হয়ে যাবে।

   ২. 'খ' পাত্রের ক্ষেত্রে:
   'খ' পাত্রে M''SO4 দ্রবণ রয়েছে এবং পাত্রটি M ধাতু দিয়ে তৈরি।
   পাত্রে জারণ বিক্রিয়া: M → M²⁺ + 2e⁻ ; $E^\circ_{ox}$ = +0.77 V
   দ্রবণে বিজারণ বিক্রিয়া: M''²⁺ + 2e⁻ → M'' ; $E^\circ_{red}$ = +0.34 V
   কোষ বিভব, $E^\circ_{cell}$ = +0.77 V + 0.34 V = +1.11 V
   এখানেও $E^\circ_{cell} > 0$, ফলে M ধাতু এবং M''SO4 এর মধ্যেও স্বতঃস্ফূর্ত বিক্রিয়া ঘটবে এবং 'খ' পাত্রটিও ক্ষয়প্রাপ্ত হয়ে ক্ষতিগ্রস্ত হবে।

   অতএব, দীর্ঘ সময় ব্যবহারের ক্ষেত্রে উভয় পাত্রই রাসায়নিকভাবে ক্ষতিগ্রস্ত হবে এবং স্বতঃস্ফূর্ত বিক্রিয়ার কারণে পাত্র দুটি স্থায়ীভাবে ব্যবহার করা সম্ভব হবে না।