Chemistry 5 Years Class12

March 29, 2017 | Author: ramash75 | Category: N/A
Share Embed Donate


Short Description

Download Chemistry 5 Years Class12...

Description

Copyright © 2013 MTG Learning Media (P) Ltd. No part of this publication may be reproduced, transmitted, in any form or by any means, electronic, mechanical, photocopying, recording or otherwise, without the prior permission of the Publisher. Ownership of an ebook does not give the possessor the ebook copyright. All disputes subject to Delhi jurisdiction only.

Disclaimer : The information in this book is to give you the path to success but it does not guarantee 100% success as the strategy is completely dependent on its execution.

Published by : MTG Learning Media (P) Ltd. Corporate Office : Plot 99, 2nd Floor, Sector 44 Institutional Area, Gurgaon, Haryana. Phone : 0124 - 4951200 Web: mtg.in Email: [email protected] Regd. Office : 406, Taj Apt., Ring Road, Near Safdarjung Hospital, New Delhi-110029

Visit

www.mtg.in for buying books online.

The  Solid  State 

1

Chapter­1  The Solid State 

VERY SHORT ANSWER TYPE QUESTIONS (1 MARK) 

1. 

What type of substances exhibit antiferromagnetism?  [Delhi 2008] 

2. 

What is the co­ordination number of each type of ions in a  rock salt type crystal structure?  [Delhi 2008, AI 2008] 

3. 

What is the total number of atoms per unit cell in a face centred  cubic (fcc) structure?  [Delhi 2008, AI 2008] 

4. 

Name an element with which silicon should be doped to give  n­type of semiconductor.  [Delhi 2008 C] 

5. 

What are F centres? 

6. 

Why is glass considered a super cooled liquid?  [AI 2008 C] 

[AI 2008 C] 

19.  “Crystalline solids are anisotropic in nature.” What does  this statement mean?  [Delhi    Set­I 2011,  Foreign  Set­II,  2011]  20.  Which stoichiometric defect in crystals increases the density  of  a  solid?  [Delhi  Set­II 2011]  21.  What is meant by an ‘intrinsic semiconductor’?  [ Foreign Set­I 2011]  22.  How  many  atoms  are  there  in  one  unit  cell  of  a  body  centred  cubic  crystal?  [Foreign  Set­III  2011]  23.  What is meant by ‘doping’ in semiconductor?  [Delhi  Set­I 2012]  24.  Write a point  of distinction between a metallic  solid and an  ionic solid other than metallic lustre.  [Delhi  Set­II 2012] 

Which point defect in crystals does not alter the density of  relevant solid?  [Delhi 2009 ]  25.  How may  the  conductivity  of  an  intrinsic  semiconductor  be  increased?  [AI  Set­I 2012]  8.  How do metallic and ionic substances differ in conducting  electricity?  [AI 2009]  26.  Which stoichiometric defect increases the density of a solid?  [AI  Set­II 2012]  9.  Which point defect of its crystals decreases the density of a  [AI  Set­III 2012]  solid?  [AI 2009, Delhi 2010]  27.  What are n­type  semiconductors?  7. 

10.  What is the number of atoms in a unit cell of face­centred  cubic crystal?  [AI 2009] 

SHORT  ANSWER  TYPE  QUESTIONS  (2  OR  3  MARKS) 

11.  What  is the  percentage  efficiency of  packing  in  case of  a  simple cubic lattice?  [AI 2009 C] 

28.  Explain the following properties giving suitable examples:  (i)  Ferromagnetism  (ii)  Paramagnetism  [Delhi 2008] 

12.  Stability of a crystal is related to the magnitude of its melting  point. How?  [AI2009 C] 

29.  How would you account for the following?  (i)  Frenkel defects are not found in alkali metal halides.  13.  Which point defect in crystals of a solid does not change the  (ii)  Schottky defects lower the density of related solids.  density of the solid?  [Delhi 2010]  (iii)  Impurity doped silicon is a semiconductor.  14.  What type of interactions hold the molecules together in a  [Delhi 2008]  polar molecular solid?  [AI 2010 ]  30.  Ag crystallise in a fcc lattice. The edge length of its unit cell  15.  What type of semiconductor is obtained when silicon is doped  is 4.077 × 10 –8  cm and its density is 10.5 g cm –3 . Calculate on  with arsenic?  [AI 2010]  this basis the atomic mass of Ag.  [AI 2008]  16.  Write a distinguishing feature of metallic solids.  [AI 2010]  31.  Explain the following terms with suitable examples :  17.  Write a feature which will distinguish a metallic solid from  (i)  Schottky defect, (ii) Ferromagnetism.     [Delhi 2008 C]  an ionic solid.  [Delhi 2010, Foreign 2010]  32.  What is a semiconductor? Describe the two major types of  18.  What is the number of atoms in a unit cell of a simple cubic  semiconductors and contrast their conduction mechanism.  crystal?  [ Foreign 2010]  [Delhi 2008 C]

2

Chapterwise XIIth CBSE BOARD 5 Yrs. Papers 

10.5 g cm –3 , calculate the atomic mass of silver  33.  Account for the following;  (N A  = 6.02 × 10 23  atoms mol –1 ).  [AI 2010, Foreign 2010]  (i)  Fe 3 O 4  is ferrimagnetic at room temperature but becomes  paramagnetic at 850 K.  44.  Silver  crystallizes  in  face­centered  cubic  unit  cell.  Each  side of this unit cell has a length of 400 pm. Calculate the  (ii)  Zinc oxide on heating becomes yellow.  radius of the silver atom. (Assume the atom just touch each  (iii)  Frenkel  defect  does  not  change  the  density  of  AgCl  other on the diagonal across the face of the unit cell, that  crystals.  [AI 2008 C]  is  each face  atom  is touching the  four  corner  atoms).  34.  With the help of suitable diagrams, on the basis of band theory.  [Delhi  Set­I 2011]  Explain the difference between  –3  45.  The density of lead is 11.35 g cm  and crystallize with fcc  (i)  a conductor and an insulator  unit  cell. Estimate  the  radius  of lead  atom.  (ii)  a conductor and a semiconductor.  [AI 2008 C]  (At. mass of lead = 207 g mol –1  and N A  = 6.02 × 10 23  mol –1 )  35.  (a)  In reference to crystal structure, explain the meaning of  [Delhi    Set­III  2011]  coordination number.  46.  Explain  how  we  can  determine  the  atomic  mass  of  an  (b)  What is the number of atoms in a unit cell of (i) a face  unknown metal if you know its density and the dimension  centred cubic structure, (ii) a body centred cubic structure.  of  unit  cell  of  its  crystal?  [AI Set­I  2011]  [Delhi 2009]  36.  Iron has a body centred cubic unit cell with a cell edge of  47.  Calculate  the  packing  efficiency  of  a  metal  for  a  simple  cubic lattice.  [AI Set­I  2011]  286.65  pm.  The  density  of  iron  is  7.87  g  cm –3 .  Use  this 

37.  38. 

39. 

40. 

information to calculate Avogadro’s number (Atomic mass  48.  Define  the following terms in relation to  crystalline  of Fe = 56 g mol –1 ).  [AI 2009 & Foreign, Delhi 2009]  solids:  (i)  Unit cell  What  are  F­centres? Why  are  solids  containing  F­centres  (ii)  Coordination number  paramagnetic?  [AI 2009 C]  Give  one  example  in  each  case.  [AI  Set­II  2011]  Silver crystallises with face­centred cubic unit cells. Each  side of the unit cell has a length of 409 pm. What is the radius  49.  Aluminium crystallises in a cubic close­packed structure.  Radius  of  atom in  the  metal is  125  pm.  of an atom of silver? (Assume that each face atom is touching  (i)  What  is  the  length  of the side  of  the  unit  cell?  the four corner atoms).  [AI 2009, AI 2010]  (ii)  How many unit cells are there in 1 cm 3  of aluminium?  How  are  the  following  properties  of  crystals  affected  by  [ Foreign Set­I 2011]  Schottky and Frenkel defects?  (i)  Density, (ii) Electrical conductivity.  [Delhi 2009 C]  50.  Silver  crystallise  with  face­centred  cubic  unit  cell.  Each  side of this unit cell has a length of 409 pm. What is the  Copper  crystallizes  into  an  fcc  lattice  with  edge  length  radius  of silver atom? Assume the atoms just touch each  3.61 × 10 –8  cm. Calculate the density of copper.  other on  the  diagonal  across  the  face of  the unit  cell.  [Given : Cu = 63.5 g mol –1 , N A  = 6.022 × 10 23  mol –1 ]  [ Foreign Set­III 2011]  [Delhi 2009 C] 

41.  The  well  known  mineral  fluorite  is  chemically  calcium  51.  Tungsten  crystallises  in  body  centred  cubic  unit  cell.  If  the  edge of the unit cell is 316.5 pm, what is the radius of tungsten  fluoride. It is known that in one unit cell of this mineral there  atom?  are 4 Ca 2+ ions and 8F –  ions and that Ca 2+ ions are arranged in  a fcc lattice. The F –  ion fill all the tetrahedral holes in the  OR  face centred cubic lattice of Ca 2+  ions. The edge of the unit  Iron has a body centred cubic unit cell with a cell dimension  cell is 5.46 × 10 –8  cm in length. The density of the solid is  of 286.65 pm. The density of  iron is 7.874  g cm –3 . Use  this  –3  3.18 g cm  . Use this information  to calculate Avogadro’s  information to calculate Avogadro’s number. (At. mass of Fe  number. (Molar mass of CaF 2  = 78.08 g mol –1 )  = 55.845 u)  [Delhi  Set­I 2012]  [Delhi 2010, Foreign 2010]  52.  Copper  crystallises  with  face  centred  cubic  unit  cell.  If  the  42.  The density of copper metal is 8.95 g cm –3 . If the radius of  radius  of copper  atom  is  127.8  pm,  calculate  the  density  of  copper atom is 127.8 pm. What is copper unit cell a simple  copper metal. (Atomic mass of Cu = 63.55 u and Avogadro’s  cubic, a body centred cubic or a face centred cubic structure?  number, N A  = 6.02 × 10 23  mol –1 )  OR  [Given  :  Atomic  mass  of  Cu  =  63.54  g  mol –1  and  23  –1  Iron has a body centred cubic unit cell with the cell dimension  N A  = 6.02 × 10  mol  ]  [AI 2010, Delhi 2010]  of  286.65  pm.  Density  of  iron  is  7.87  g  cm –3 .  Use  this  43.  Silver crystallises in fcc lattice. If the edge length of the unit  information to calculate Avogadro’s number. (Atomic mass of  cell  is  4.07 ´  10 –8  cm  and  density  of  the  crystal  is  Fe = 56.0 u)  [AI  Set­I 2012]

The  Solid  State 



answers 1.  Those  substances  show  antiferromagnetism  in  which  magnetic domains are aligned in opposite direction.  2.  In  rock salt type structure  co­ordination number is  + 

6  :  6 Þ  Co­ordination  number  of  M  =  6  Co­ordination  number of A –  =  6.  3.  No. of atoms per unit cell in fcc  1 1  Z  = ´ 8 (corners) + ´  6 (face centres)  8 2 Z = 1 + 3 = 4. 

23.  Addition of an appropriate amount of suitable impurity in  a  crystalline solid  is called  doping.  Doping  is  done  to  increasing  conductivity  of  intrinsic  semiconductors.  24.  Ionic crystals are insulators because their ions are not free  to move. Whereas metallic crystals conduct electricity due  to  the  presence  of  sea  of  mobile  electrons.  25.  Conductance  of  a  semiconductor  increases  with  rise  in  temperature. 

4.  Phosphorus. 

26.  Interstitial defect. 

5.  Voids  created  by  anion  vacancy  and  occupied  by  free  electrons  are called  F centres.  F centres  cause  colour  to  the crystal 

27.  A semiconductor in which doped impurity has more valence  electrons  than  the  pure  element  is  called  n­type  semiconductor. e.g. Ge or Si (Group­14) doped with P or  As(group­15). 

6.  Glass is an amorphous solid. It has tendency to flow very  28.  (i)  Ferromagnetism : Materials which are strongly attracted  slowly  like  liquids.  Hence,  glass  is  considered  as  super  by  magnetic  field  are  called  ferromagnetic  materials  cooled  liquid.  and  the  property  thus  exhibited  is  caused  7.  Frenkel defect.  ferromagnetism.  8.  Conductivity of metals is due to the motion of free electrons  e.g., Fe, Co, Ni show ferromagnetism at room temperature.  whereas conductivity of ionic substance is due to movement  (ii)  Paramagnetism : Substances which are weakly attracted  of  ions  in  molten  or  solution state.  by a magnetic field are called paramagnetic substances  9.  Schottky defect.  and the property is called paramagnetism.  e.g.  O 2 ,  S 2 ,  Cu 2+ ,  Mn 2+ ,  etc.  1 1  10.  Z = 8 ´ + 6 ´ =  4.  29.  (i)  This is due to the fact that alkali metal ions have large  8 2  11.  Packing  efficiency  of  simple cubic  lattice  =  52.4%.  size which can’t fit into the interstitials sites.  (ii)  Schottky  defects  occur  when  cations  and  anions  are  12.  Stability of a crystal increases with increasing magnitude  missing from their lattice site. Mass of unit cell decreases  of melting point.  which  decreases the  density  of the  solid.  13.  Frenkel defect.  (iii) The conductivity of intrinsic semiconductor like silicon  14.  Dipole­dipole interactions.  is too low to be  of practical use. This conductivity is  15.  n­type semiconductor.  increased by adding an appropriate amount of suitable  impurity  like Al  or As which  is  electron deficient or  16.  Malleable,  ductile,  lustrous  and  conductor  of  heat  and  electron rich. So the electrical conductivity of silicon  electricity.  is increased.  17.  (i)  Metallic solids are malleable and ductile whereas ionic  30.  Given  a  =  4.077  ×  10 –8  cm,  d  =  10.5  g  cm –3  solids are hard and brittle.  For  fcc  lattice,  Z  =  4  (ii)  Metallic  solids  are  conductors  but  ionic  solids  are  insulators.  Z ´ M  Using  d  = 3  1  a ´ N A  18.  For  a  simple cubic  crystal  Z = 8 ´ = 1.  8  10.5 ´ (4.077 ´ 10 -8 ) 3 ´ 6.022 ´ 10 23  or  M =  19.  Crystalline solids are anisotropic in nature means some of  4  their  physical  properties  like  electrical  conductivity,  =  107.09 g  mol –1 .  refractive index, etc., are different in different directions.  31.  (i)  Schottky  defect  :  The  defect  in  which  cations  and  anions  are  missing  in  the  stoichiometric  ratio  of  20.  Interstitial defect  increases  density  of solid.  compound is called Schottky defect. Schottky defect is  21.  Pure  substance  which  acts  as  semiconductor  is  called  actually  vacancy defect  in ionic  solids. In  this defect  intrinsic semiconductor. e.g. Si and Ge at high temperature.  electrical neutrality is maintained. In this defect density  22.  2  of  solid  decreases.

Chapterwise XIIth CBSE BOARD 5 Yrs. Papers 

4

Schottky  defect  is  shown  by  ionic  solids  in  which  the  cation  and anion are of almost similar sizes.  Examples :  NaCl,  KCl,  CsCl, AgBr, etc. 

Conduction  band 

NaCl has one Schottky defect per 10 16  lattice points or 10 6  Schottky  pairs  per  cm 3  of  solid  at  room  temperature. 

Valence band 

–  +  –  +  –  +  –  + 

+  –  +  –  +  –  +  – 

–  +  –  +  –  + 

–  +  –  +  –  +  +  – 

–  +  –  +  –  +  +  –  +  –  +  –  +  –  +  –  +  –  +  –  +  – 

Conductor 

+  –  +  –  +  –  +  – 

Conduction  band  Small forbidden  zone  Valence band  Semiconductor 

35.  (a)  The number of lattice points touching one lattice point  in  a crystal lattice is called coordination  number.  (b)  Number  of  atoms  in  a  unit  cell  of 

1 1  + 6 ´ =  4.  8 2  (ii)  Refer Ans.  28 (i).  1  (ii)  bcc structure,  Z = 8 ´ + 1 ´ 1 =  2.  32.  Semiconductors  :  In  semiconductors  the  energy  gap  8  between  valence  band  and  conduction  band  is  small.  36.  Given  :  For  bcc,  Z  =  2  Therefore, some electrons may jump from valence band to  a  = 286.65 pm = 2.87 × 10 –8  cm  conduction  band  and  show  some conductivity.  d = 7.87 g cm –3 , N A  = ?  Semiconductors  are  of  two  types  :  Z ´ M  Using formula  d  = (i)  Intrinsic semiconductors  N A  ´  a 3  (ii)  Extrinsic semiconductors  Z ´ M  2 ´ 56 g mol -1  (i)  Intrinsic  semiconductors  :  A  pure  element  which  = or, N A  = d ´ a 3 7.87 ´ (2.87 ´ 10 -8 cm) 3  behaves  as  semiconductor  is  called  intrinsic  23  semiconductor.  or,N A  = 6.022 × 10  .  (ii)  Extrinsic semiconductor : A substance which behaves  37.  Electrons trapped in anion vacancy of a crystal are called  as semiconductor by adding some impurities is called  F­centres.  Solids  containing F­centres  are paramagnetic  extrinsic semiconductor. Addition of appropriate amount  due  to  the  presence  of  unpaired  electron.  of  suitable  impurities  increases  conductivity  of  38.  Given  : Structure  fcc, a  = 409  pm,  r  =  ?  semiconductors. This process of addition of impurities  a  409 pm  is called doping. Extrinsic semiconductors are formed  Using formula  r  = = = 144.6 pm.  by  doping  impurity of  lower or  higher  groups.  2 2 2 ´ 1.414  (a)  n­type extrinsic semiconductor  39.  (i)  Density : It decreases due to Schottky defect but remains  (b)  p­type extrinsic semiconductor.  same  in Frenkel  defect.  (ii)  Electrical conductivity : It increases in both Schottky  33.  (i)  On  heating at  850  K  the magnetic  domains  undergo  and Frenkel defects.  realignment and become paramagnetic.  (ii)  Zinc oxide when heated loses some oxide ion creating  40.  Given  :  for  fcc  Z  =  4,  a  =  3.61  ×  10 –8  cm,  d  =  ?  anion  vacancy. This  defect  arises  yellow  colour.  Z ´ M  Using formula  d  = (iii) In Frenkel defect, no ions are missing from the crystal  N A  ´  a 3  as  a  whole.  Hence,  density  does  not  change.  4 ´ 63.5 g mol -1  34.  (i)  In conductor valence band and conduction band overlap  or, d  = 6.022 ´ 1023  mol- 1 ´ (3.61 ´ 10 -8 cm)3  with  each  other  whereas  in  insulator  there is  a  large  or,d = 8.965 g cm –3 .  forbidden  zone  between  the  two.  Conduction  band  Valence band  Conductor 

(i)  fcc structure,  Z = 8 ´

Conduction  band  Large forbidden  zone  Valence band  Insulator 

(ii)  In conductor, valence band and conduction band overlap  together  whereas  in  semiconductor  there  is  small  forbidden  band  between  the  two. 

41.  Given  for  fcc  lattice  Z  =  4,  d  =  3.18  g  cm –3  a = 5.46 × 10 –8  cm, N A  = ?  Using formula  d  =

Z ´ M  N A  ´  a 3 

4 ´ 78.08 g mol -1  3.18 g cm -3 ´ (5.46 ´ 10 -8 cm) 3  or,N A  = 6.033 × 10 23  mol –1 .

or, N A  =

The  Solid  State 



42.  Let  us assume  Z  =  4  (copper  has  fcc)  Z ´ M  d  = 3  a ´ N A  4 ´ 63.54  8.95  = 3 a ´ 6.02 ´ 10 23  a 3  = 47.145 × 10 –24  cm 3 

494.9 494.9 2 494.9 ´ 1.414  pm = pm = pm  4 4  2 2  \  r  =  174.95  pm 

\  r =

46.  We can determine the atomic mass of an unknown metal  by  using  the  formula  of  density  of  its unit  cell.  d  (density) =

a = 3  47.145 ´ 10 -24  a = 3.612 × 10 –8  cm  = 361.2 pm 

By  knowing  density  d,  dimension  of  unit  cell  we  can  calculate M, the atomic mass of metal as for a given unit  cell, Z  is  fixed  and  N A  is universal  constant. 

for fcc,  4r =  2 a It shows Cu has fcc structure,  a  361.2  r= = =127.7 pm.  2 2  2 ´ 1.141  43.  Given  :  a  =  4.07  ×  10 –8  cm,  d  =  10.5  g  cm –3  M = ?, N A  = 6.02 × 10 23  mol –1 , Z = 4 (for fcc)  Z ´ M  N A  ´  a 3  d ´ N A  ´ a 3  or, M  =  Z 10.5 g cm - 3 ´ 6.022 ´ 10 23 ´ (4.07 ´ 10 -8 cm) 3  or, M =  4  or,M = 106.57 g mol –1 . 

44.  a  =  400  pm 

Z ´M Z ´ M  Þ a 3  = a3  ´  N A  d ´ N A 

For  fcc  unit  cell,  Z  =  4  Given,  M  =  207  g  mol –1 ,  N A  =  6.02  ×  10 23  mol –1  d  =  11.35  g  cm –3  Substituting these value  in equation (i), we  get  a 3  =

4 ´ 207 g mol -1  11.35 g cm -3 ´ 6.0 ´ 1023 mol -1 

a3 =

4 ´ 207 ´ 10  cm 3  11.35 ´ 6.02 ´ 10 24 

æ 8280  ö Þ  a = ç è 11.35 ´ 6.02 ÷ø

1/3 

´ 10 -8  cm 

\  a  =  4.949  ×  10 –8  cm Þ a  =  494.9  pm  For  fcc,  r =

For  example,  unit  cell  of  a  cubic  crystal  is  a  =  b  =  c, a  = b  = g  =  90°. 



2 2  400 400 2 400 2  = ´ = = 100 2  \  r = 4  2 2 2 2 2  Þ  r  =  100  ×  1.414  =  141.4  pm 

45.  d =

Z ´ volume of one atom  ´ 100  Volume of cubic unit cell  4  Z ´ pr 3  3  = ´ 100  a 3  For a simple cubic lattice, a = 2r and Z = 1 4  1 ´ pr 3  p \  Packing efficiency =  3  3  ´ 100 = ´ 100 = 52.4%  (2r ) 6  48.  (i)  Unit cell : A unit cell is smallest portion of a crystal  lattice  which,  when  repeated  in  different  direction,  generates the entire lattice. 

47.  Packing efficiency =

Using formula  d  =

For  fcc,  r =

Z (No. of atoms per unit cell) ´ M  (atomic mass)  a 3  (cell edge) ´  N A  (Avogadro number) 

a  2 2 



a  b 

...(i) 

(ii)  Coordination  number  :  The  number  of  nearest  neighbours of any constituent particle in a packing is  called  its  coordination  number.  The  coordination  number  of  an  atom  in  the bcc  structure  is 8.  49.  (i)  For  fcc  (or  ccp),  a = 2 2r = 2 ´ 1.414 ´ 125 pm  =  354  pm  (ii)  a  =  354  pm  =  3.54  ×  10 –8  cm  Volume  of  one  unit  cell  =  a 3  =  (3.54  ×  10 –8  cm) 3  =  4.436  ×  10 –23  cm 3  Total volume  Number of unit cells  =  Volume of one unit cell 1 cm 3  = = 2.25 ´ 10 22  4.44 ´ 10-23 cm 3  50.  As the atoms just touch each other on the diagonal across  the  face  of  unit  cell,  therefore  b 2  =  a 2  +  a 2  =  2a 2  ,  b =  2 a ...(i)  Also, b = r + 2r + r = 4r  ...(iii)

Chapterwise XIIth CBSE BOARD 5 Yrs. Papers 

6

From  (i)  and  (ii),  we  get  4r = 2 a Þ r = 

2  1.414 ´ 409 pm  a ;  r = = 144.58 pm  4  4 

52.  Given  :  Structure  fcc,  hence  Z  =  4,  r  =  127.8  pm,  M  =  63.55 u,  N A  =  6.02  ×  10 23  mol –1 ,  d  =  ? 

r  a 

Z ´ M  2 ´ 56 g mol -1  = d ´ a 3 7.87 ´ (2.87 ´ 10 -8 cm) 3  or,  N A  = 6.022 × 10 23 . 

or,  N A  =



Using formula,  d  =

4 ´ 63.55 g mol -1  6.022 ´ 10  mol -1 ´ (2 2 ´ 127.8 ´ 10 -10 ) 3  = 8.965 g/cm 3  For fcc structure,  a = 2 2 r .  OR 

we get  d =



51.  Given :  Structure  =  bcc,  a  =  316.5  pm,  r  =  ?  Using formula,  r =

3a  1.732 ´ 316.5  = = 137.04 pm  4 4  OR 

Given : For bcc, Z = 2  a  = 286.65 pm = 2.87 × 10 –8  cm  d = 7.87 g cm –3 , N A  = ?  Using formula  d  =

Z ´ M  N A  ´ a 3 

Z ´ M  N A  ´ a 3  23

Given : For bcc, Z = 2  a  = 286.65 pm = 2.87 × 10 –8  cm, d = 7.87 g cm –3 , N A  = ?  Using formula  d  =

Z ´ M  N A  ´  a 3 

Z ´ M  2 ´ 56 g mol -1  = d ´ a 3 7.87 ´ (2.87 ´ 10 -8 cm) 3  23  or,  N A  = 6.022 × 10  .

or,  N A  =

JJJ 

Solutions 

7

Chapter­2  Solutions 

at 0.320°C, what would be the value of van’t Hoff factor?  [K f  for water is 1.86°C mol –1 ]  [Delhi 2009] 

VERY SHORT ANSWER TYPE QUESTIONS (1 MARK) 

State the main advantage of molality over molarity as the  13.  100 mg of a protein is dissolved in just enough water to make  unit of concentration.  [Delhi 2009 C]  10.0 mL of solution. If this solution has an osmotic pressure  2.  What is meant by ‘reverse osmosis’?  [AI Set­III 2011]  of 13.3 mm Hg at 25°C, what is the molar mass of the protein?  [R = 0.0821 L atm mol –1  K –1  and 760 mm Hg = 1 atm]  3.  State Henry’s law about partial pressure of gas in a mixture.  [AI  2009,  Delhi  2009]  [Foreign  Set­I 2011]  1. 

4. 

State Raoult’s law in its general form with respect to solution  [Foreign  Set­III 2011] 

SHORT ANSWER TYPE QUESTIONS (2 OR 3 MARKS) 

14.  Calculate the amount of sodium chloride which must be added  to one kilogram of water so that the freezing point of water is  depressed by 3 K.  (Given : K f  = 1.86 K kg mol –1 , Atomic mass : Na = 23.0,  Cl = 35.5)  [Delhi 2009 C] 

State Henry’s law correlating the pressure of a gas and its  solubility in a solvent and mention two applications for the  15.  A  solution  of  urea  in  water  has  a  boiling  point  of  law.  [AI 2008, Delhi 2008]  373.128 K. Calculate the freezing point of the same solution.  [Given : For water K f  = 1.86 K m –1 , K b  = 0.52 K m –1 ]  6.  Calculate the temperature at which a solutions containing  [Delhi  2009  C]  54 g of glucose. (C  H  O  ) in 250 g of water will freeze. (K  5. 

6  12 



of water = 1.86 K mol –1  kg).  7. 

8. 



[AI 2008] 

State Raoult’s law for solutions of volatile liquids. Taking  suitable  examples  explain  the  meaning  of  positive  and  negative deviations from Raoult’s law. [AI  2008,  Delhi  2008]  Define the term osmotic pressure. Describe how the molecular  mass of a substance can be determined by a method based on  measurement of osmotic pressure.  [AI 2008, Delhi 2008] 

16.  What  is  meant  by  positive  and  negative  deviations  from  Raoult’s law and how is the sign of D mix H related to positive  and negative deviation from Raoult’s case.  [AI 2009 C]  17.  Calculate  the  freezing  point  of  a  solution  containing  18 g glucose, C 6 H 12 O 6  and 69.6 g sucrose, C 12 H 22 O 11  in 200 g  of water. The freezing point of pure water is 273 K and K f  for  water is 1.86 K m –1 .  [AI 2009 C] 

18.  A  solution prepared  by  dissolving 1.25  g  of  oil of  winter  green (methyl salicylate) in 99.0 of benzene has a boiling  9.  The boiling point elevation of 0.30 g acetic acid in 100 g  point  of  80.31°C.  Determine  the  molar  mass  of  this  benzene is 0.0633 K. Calculate the molar mass of acetic acid  compound. (Boiling point of pure benzene = 80.10°C and K b  from  this  data.  What  conclusion  can  you  draw  about  the  for benzene = 2.53°C Kg mol –1 )  [Delhi 2010]  molecular state of the solute in the solution?  [Given : K b  for benzene = 2.53 K kg mol –1 ] 

[AI 2008 C] 

10.  Distinguish between the terms molality and molarity. Under  what conditions are the molarity and molality of a solution  nearly the same?  [AI 2008 C, Delhi 2009, AI 2010] 

19.  A solution of glycerol (C 3 H 8 O 3 : molar mass = 92 g mol –1 ) in  water was prepared by dissolving some glycerol in 500 g of  water. This solution has a boiling point of 100.42°C. What  mass of glycerol was dissolved to make this solution? K b  for  water = 0.512 K kg mol –1 .  [Delhi 2010, Set­II 2012] 

11.  The freezing point of a solution containing 0.2 g of acetic  20.  Non­ideal solution exhibit either positive or negative from  acid in 20.0 g of benzene is lowered by 0.45°C. Calculate  Raoult’s  law.  What  are  these  deviation  and  why  are  they  (i)  the molar mass  of  acetic  acid from  this  data.  caused? Explain with one example for each type.  (ii)  van’t  Hoff  factor.  –1  [Delhi 2010 C]  [For benzene, K f  = 5.12 K kg mol  ]  What conclusion can you draw from the value of van’t Hoff  21.  Define the terms, ‘osmosis’ and ‘osmotic pressure’. What is  factor obtained ?  [AI 2008 C]  the advantage of using osmotic pressure as compared to other  colligative properties for the determination of molar masses  12.  Calculate the freezing point depression expected for 0.0711  of solutes in solutions?  [AI 2010] m aqueous solution of Na 2 SO 4 . If this solution actually freezes 

8

Chapterwise XIIth CBSE BOARD 5 Yrs. Papers 

LONG ANSWER TYPE QUESTIONS (5 MARKS)  22.  What mass of NaCl (molar mass = 58.5 g mol –1 ) be dissolved  in 65 g water of lower the freezing point by 7.5°C ? The freezing  33.  (a)  The depression in freezing point of water observed for  point depression constant K f  for water is 1.86 K kg mol –1 .  the  same  molar  concentrations  of  acetic  acid,  Assume  van’t  Hoff  factor  for  NaCl  is  1.87.  [AI  2010]  trichloroacetic acid and trifluoroacetic acid increases 

23.  What mass of ethylene glycol (molar mass = 62.0 g mol –1 )  must be added to 5.50 kg of water to lower the freezing point  of water from 0°C to – 10°C?  [K f  for  water  =  1.86  K  kg  mol –1 ]  [AI  2010] 

in  the  order  as  stated above. Explain.  (b)  Calculate the depression in freezing point of water when  20.0  g  of  CH 3 CH 2 CHClCOOH  is  added  to  500  g  of  water.  [Given K a  = 1.4 × 10 –3 , K f  = 1.86 K kg mol –1 ]  [Delhi  2008  C] 

24.  15 g of an unknown molecular substance was dissolved in  450 g of water. The resulting solution freezes at  – 0.34°C.  34.  (a)  What  is  meant  by  :  What is the molar mass of the substance.  –1  (i)  Colligative properties  (K f  for  water  =  1.86  K  kg  mol  )  (ii)  Molality  of  a  solution.  [AI  2010, Delhi  Set­III  2012]  (b)  What concentration of nitrogen should be present in a  25.  State the following :  glass  of  water  at  room  temperature.  Assume  a  (i)  Raoult’s law in its general form in reference to solutions.  temperature of 25°C, a total pressure of 1 atmosphere  (ii)  Henry’s law about partial pressure of a gas in a mixture.  and mole  fraction  of nitrogen  in  air of  0.78.  [AI  Set­I  2011]  [K H  for  N 2  =  8.42  ×  10 –7  M/mm  Hg]  [AI  2009]  26.  A solution prepared by dissolving 8.95 mg of a gene fragment  35.  (a)  Differentiate  between  molarity  and  molality  for  a  in 35.0 mL of water has an osmotic pressure of 0.335 torr at  solution. How does a change in temperature influence  25°C. Assuming that the gene fragment is a non­electrolyte,  their values?  calculate its molar mass.  [AI Set­I 2011]  (b)  Calculate  the  freezing  point  of  an  aqueous  solution  27.  What mass of NaCl must be dissolved in 65.0 g of water to  lower the freezing point of water by 7.50°C? The freezing  point depression constant (K f ) for water is 1.86°C/m. Assume  van’t Hoff factor for NaCl is 1.87. (Molar mass of NaCl =  58.5 g).  [AI Set­II 2011]  28.  Differentiate  between  molality  and  molarity  values  for  a  solution.  What  is  the  effect  of  change  in  temperature  on  molarity and molality values?  [AI Set­III 2011]  29.  Differentiate between molarity and molality of a solution.  Explain how molarity value of a solution can be converted  into its molality?  [Foreign  Set­I 2011] 

containing 10.50 g of MgBr 2  in 200 g of water. (Molar  mass  of  MgBr 2  =  184  g)  (K f  for  water  =  1.86  K  kg  mol –1 )  OR  (a)  Define the terms osmosis and osmotic pressure. Is the  osmotic pressure of a solution a colligative property?  Explain.  (b)  Calculate the  boiling  point of  a  solution  prepared by  adding 15.00 g of NaCl to 250.00 g of water. (K b  for  water  =  0.512  K  kg  mol –1 ),  (Molar mass of NaCl = 58.44 g)  [Delhi Set­I 2011] 

36.  (a)  State the following  :  (i)  Henry’s law about partial pressure of a gas in a mixture  (ii)  Raoult’s law in its general form in reference to solutions.  (b)  A solution prepared by dissolving 8.95 mg  of a gene  fragment in 35.0 mL of water has an osmotic pressure  of 0.335 torr at 25°C. Assuming the gene fragment is  31.  A  1.00  molal  aqueous  solution  of  trichloroacetic  acid  a non­electrolyte, determine its molar mass.  (CCl 3 COOH) is heated to its boiling point. The solution has  the boiling point of 100.18°C. Determine the van’t Hoff factor  OR  –1  for trichloroacetic acid. (K b  for water = 0.512 K kg mol  ).  (a)  Differentiate  between  molarity  and  molality  in  a  solution. What is the effect of temperature change on  OR  molarity and molality in  a solution?  Define the following terms:  (b)  What  would  be  the  molar  mass  of  a  compound  if  (i)  Mole  fraction  (ii)     Isotonic  solutions  6.21 g of it dissolved in 24.0 g of chloroform to form  (iii) van’t  Hoff  factor (iv)    Ideal  solution  a  solution  that  has  a  boiling  point  of  68.04°C.  The  [Delhi Set­I  2012]  boiling  point  of  pure  chloroform  is  61.7°C  and  the  32.  Calculate the amount of KCl which must be added to 1 kg of  boiling point elevation constant, K b  for chloroform is  water so that the freezing point is depressed by 2 K (the K f  3.63°C/m.  [Delhi Set­II 2011] for water  = 1.86 K kg mol –1 ).  [Delhi Set­I 2012]  30.  A 0.561 m solution of an unknown electrolyte depresses the  freezing point of water by 2.93°C. What is van’t Hoff factor  for this electrolyte? The freezing point depression constant  (K f ) for water is 1.86°C kg mol –1 .  [Foreign  Set­I 2011] 

Solutions 



37.  (a)  Define the  following terms:  (i) Mole  fraction  (ii) Ideal solution  (b)  15.0 g of an unknown molecular material is dissolved  in  450  g  of  water.  The  resulting  solution  freezes  at  –0.34°C. What is the molar mass of the material? (K f  for  water  =  1.86  K  kg  mol –1 )  OR 

(a)  Explain the following:  (i) Henry’s law about dissolution of a gas in a liquid.  (ii)  Boiling point elevation  constant  for a solvent.  (b)  A solution of glycerol (C 3 H 8 O 3 ) in water was prepared  by  dissolving  some  glycerol  in  500  g  of  water. This  solution has a boiling point of 100.42°C. What mass  of  glycerol was  dissolved  to  make  this solution?  (K b  for  water  =  0.512  K  kg  mol –1 ).  [AI  Set­I  2012]

a n s w e r s  type of behaviour of solution is called positive deviation  from Raoult’s law.  e.g.  Ethanol ­ water.  (ii)  Negative  deviation  from  Raoult’s  law  :  When  the  If  a  pressure larger than  the osmotic pressure is  applied  total vapour pressure is less than corresponding vapour  on  the  solution  side,  the  solvent  starts  to  flow  from  the  pressure, expected on  the basis of  Raoult’s law. This  solution into the pure solvent through the semipermeable  type of behaviour of solution is called negative deviation  membrane. This phenomenon is called  reverse osmosis.  from  Raoult’s  law.  e.g. Acetone  ­  chloroform.  Henry’s law : It states that the partial pressure of the  gas  8. p  =  CRT  in vapour phase (p) is proportional to the mole fraction of  æ W  ö n  W ´ R ´ T  the gas (x) in the solution.  n  = B  ÷ or,  p = RT  Þ  p = B  ç M B  ø  V M B  ´ V è p  =  K H  x  W B  =  mass  of  the  solute.  Where K H  is Henry’s law constant, p = Partial pressure of  M B  =  molecular  mass  of  the  solute.  gas  and  x  =  mole fraction.  A known mass of a substance is added to known volume  Raoult’s law : It states that for any solution the pressure  of a solution and osmotic pressure of solution is determined.  of  each  volatile  component  of  the  solution  is  directly  Using formula, molecular mass  can be calculated.  proportional  to  its  mole  fraction.  P A  =  X A .P° A  and  P B  =  X B  P° B  and  P T  =  P A  +  P B  9.  Given,  w 1  =  100  g,  w 2  =  0.30  g It states that at constant temperature the solubility of a gas  DT b  =  0.0633  K  and  K b  =  2.53  K  kg  mol –1  in a liquid is directly proportional to the pressure of the gas.  K ´ w 2  ´ 1000  Molar  mass  of  acetic  acid = ( M 2 )  = b  P =  K H .c  DTb  ´  w1  Applications  :  2.53 ´ 0.30 ´ 1000  7.59  = = = 119.90  (i)  In  the  production  of  carbonated  beverages.  0.0633 ´ 100 0.0633 (ii)  In  the  deep  sea  diving.  Actual  molar  mass  of  acetic  acid  =  CH 3 COOH  (iii)  In the functioning of lungs.  =  12  +  3  +  12  +  16  +  16  +  1=  60  g  mol –1  Molecular  mass  of  glucose,  M 2  =  72  +  12  +  96  =  180  Here,  there  is  difference  between  calculated  molar  mass 

1.  Molality is independent of temperature, whereas molarity  is a  function of temperature.  2. 

3. 

4. 

5. 

6. 

K f  ´ W 2  ´ 1000  1.86 ´ 54 ´ 1000  = M 2 ´ W1  180 ´  250  100440  = =  2.23  45000 Freezing  point of  solution  =  (0  – 2.23)°C  =  –  2.23°C.  DT f  =

7.  It states that for a solution of volatile liquids the  partial  vapour pressure of each component in the solution is directly  proportional to  its  mole  fraction.  Non­ideal solutions show positive and negative deviation  from Raoult’s law.  (i)  Positive deviation from Raoult’s law : When the total  vapour pressure is greater than corresponding vapour  pressure  expected  on  the  basic  of  Raoult’s  law. This 

and actual molar mass  60  Normal molar mass  = =  0.5  Abnormal molar mass  119.90 Here,  i  c A.P  °  + c B.P  °     A   A 60  For  positive  deviations  from Raoult’s  law = =  0.52  113.77 D mix  H  =  +ve, DV mix  =  +ve, DP mix  =  +ve  Here,  i 
View more...

Comments

Copyright ©2017 KUPDF Inc.
SUPPORT KUPDF