All 8 questions from UPSC Civil Services Mains Chemistry
2025 Paper I (400 marks total). Every stem reproduced in full,
with directive-word analysis, marks, word limits, and answer-approach pointers.
8Questions
400Total marks
2025Year
Paper IPaper
Topics covered
Physical and Inorganic Chemistry (2)Physical Chemistry - Quantum mechanics, thermodynamics, electrochemistry (1)Quantum mechanics, electrochemistry, solid state chemistry (1)Physical chemistry - thermodynamics, kinetics, surface chemistry, phase equilibria (1)Physical chemistry - molecular orbital theory, electrochemistry, thermodynamics (1)Biochemistry and chemical kinetics (1)Inorganic chemistry and coordination compounds (1)
(a) Calculate the ratio of probability of finding the 1s electron of hydrogen atom at r = a₀ and at r = 10a₀, where 'r' is the distance from the nucleus and a₀ = radius of the first Bohr orbit. (5 marks)
(b) Construct the Born-Haber cycle for the formation of sodium chloride crystal at 298 K from the elements in their normal states of existence. Mention the names of the involving processes. Indicate which of them are energy demanding and which are energy evolving. (5 marks)
(c) Germanium and Silicon elements have very low electrical conductivity. How can the electrical conductivity be enhanced by adding other elements in trace amount? Explain by examples. (5 marks)
(d) Two sheets of copper of area 1·50 m² are separated by 10 cm. What is the rate of transfer of heat by conduction from the warm sheet (50°C) to the cold sheet (−10°C)? What is the rate of loss of heat? (Assume the space between the two sheets is filled with air)
Given: Coefficient of thermal conductivity of air = 2·4 × 10⁻² Js⁻¹ m⁻¹ K⁻¹ (5 marks)
(e) Why do liquids become superheated before boiling? Explain using Kelvin equation. (5 marks)
(f) Arrange the following molecules in the ascending order of their dipole moment values. Justify your answer.
NH₃, NF₃ and H₂O (5 marks)
(g) 0·500 g of benzoic acid was burnt under oxygen. The combustion produced a temperature rise of 1·236 K. The same calorimetric set-up was used to burn 0·300 g of naphthalene and the resulting temperature rise was 1·128 K. The heat of combustion of benzoic acid, ΔcU²⁹⁸ = – 3227 kJ mol⁻¹. What is the heat of combustion of naphthalene? (5 marks)
(h) A sealed container contains a gaseous sample at 300 K consisting of either pure ethane, or pure neon, or a mixture of the two. The pressure inside the container at this temperature is 1·00 atm. When the container is cooled to 150 K, the pressure is 0·37 atm. What is the composition of the sample; pure ethane, pure neon or a mixture of both? Explain your answer.
Given: Vapour pressure of C₂H₆ at 150 K is 0·10 atm
Critical temperature of neon = 44 K (5 marks)
(i) The surface area of an object to be gold plated is 49.8 cm², and the density of gold is 19.3 g/cm³. A current of 3.25 A is applied to a solution that contains gold in the +3 oxidation state. Calculate the time required to deposit an even layer of gold, 1 × 10⁻³ cm thick, on the object.
(Given: Molecular mass of gold = 196.97 g/mol) (5 marks)
(j) A steam turbine is operated with an intake temperature of 400°C, and an exhaust temperature of 150°C. What is the maximum amount of work the turbine can do for a given heat input 'Q'? Under what conditions is the maximum work achieved? (5 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) हाइड्रोजन परमाणु के 1s इलेक्ट्रॉन की r = a₀ और r = 10a₀ पर पाए जाने की प्रायिकता के अनुपात का परिकलन कीजिए, जहाँ 'r' नाभिक से दूरी और a₀ = पहली बोर कक्षा की त्रिज्या है। (5 अंक)
(b) सामान्य अवस्था में पाए जाने वाले तत्वों से सोडियम क्लोराइड क्रिस्टल को 298 K पर बनाने के लिए बॉर्न-हाबर चक्र का निर्माण कीजिए। सम्मिलित प्रक्रमों के नामों का उल्लेख कीजिए। सूचित कीजिए कि इनमें से कौन-से प्रक्रम ऊर्जा की अपेक्षा रखते हैं और कौन-से प्रक्रम ऊर्जा का उत्सर्जन करते हैं। (5 अंक)
(c) जर्मेनियम और सिलिकॉन तत्वों की विद्युत चालकता बहुत कम है। दूसरे तत्वों की लेश मात्रा डालकर विद्युत चालकता में वृद्धि कैसे कर सकते हैं? उदाहरणों सहित व्याख्या कीजिए। (5 अंक)
(d) दो ताम्र की शीट जिनका क्षेत्रफल 1·50 m² है, के बीच की दूरी 10 cm रखी गई है। उष्ण शीट (50°C) से शीत शीट (−10°C) तक चालन के द्वारा ऊष्मा के अंतरण की दर क्या है? ऊष्मा के ह्रास की दर क्या है? (मान लीजिए दो शीटों के बीच की जगह वायु से भरी गई है)
दिया गया है: वायु का ऊष्मीय चालकता गुणांक = 2·4 × 10⁻² Js⁻¹ m⁻¹ K⁻¹ (5 अंक)
(e) द्रव उबलने से पहले अतितप्त क्यों हो जाते हैं? कैल्विन (Kelvin) समीकरण का उपयोग करके समझाइए। (5 अंक)
(f) निम्नलिखित अणुओं को उनके द्विध्रुव आघूर्ण मूल्यों के आधार पर आरोही क्रम में व्यवस्थित कीजिए। अपने उत्तर का औचित्य सिद्ध कीजिए।
NH₃, NF₃ और H₂O (5 अंक)
(g) 0·500 g बेंजोइक अम्ल (Benzoic acid) को ऑक्सीजन के अधीन जलाया गया। इस दहन से ताप में 1·236 K की बढ़त हुई। उसी कैलोरिमितीय व्यवस्था को 0·300 g नैफ्थलीन को जलाने के लिए स्थापित किया गया और इस कारण ताप में 1·128 K की बढ़त हुई। बेंजोइक अम्ल के दहन की ऊष्मा, ΔcU²⁹⁸ = – 3227 kJ mol⁻¹ है। नैफ्थलीन की दहन ऊष्मा क्या है? (5 अंक)
(h) 300 K पर एक बंद डिब्बे में एक गैसीय नमूना है जिसमें शुद्ध एथेन या शुद्ध नियोन (दोनों में से एक) या दोनों का मिश्रण है। इस ताप पर डिब्बे के अंदर का दाब 1·00 atm है। जब डिब्बे को 150 K तक ठंडा किया जाता है, तो दाब 0·37 atm है। नमूने का संयोजन क्या है; शुद्ध एथेन, शुद्ध नियोन या दोनों का मिश्रण? अपने उत्तर की व्याख्या कीजिए।
दिया गया है: 150 K पर एथेन (C₂H₆) का वाष्प दाब = 0·10 atm
नियोन का कांतिक ताप = 44 K (5 अंक)
(i) एक वस्तु जिसका पृष्ठीय क्षेत्रफल 49.8 cm² है, उसके ऊपर स्वर्ण लेपित किया जाना है और स्वर्ण का घनत्व 19.3 g/cm³ है। एक विलयन, जिसमें स्वर्ण की ऑक्सीकरण अवस्था +3 है, उसमें 3.25 A की एक धारा को प्रयुक्त किया गया। दी गई वस्तु पर स्वर्ण की एक समतल परत, जिसकी मोटाई 1 × 10⁻³ cm है, निषेप करने के लिए आवश्यक समय की गणना कीजिए।
(दिया गया है: स्वर्ण का आणविक द्रव्यमान = 196.97 g/mol) (5 अंक)
(j) एक भाप टरबाइन को अंतर्ग्रहण ताप (intake temperature) 400°C और निकास ताप (exhaust temperature) 150°C पर प्रचालित किया जाता है। दिए गए 'Q' ऊष्मा के निवेश से, टरबाइन अधिकतम कितनी मात्रा में कार्य कर सकता है? किन स्थितियों में अधिकतम कार्य प्राप्त कर सकते हैं? (5 अंक)
Answer approach & key points
(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (f) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (g) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (h) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (i) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (j) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: All parts with correct methods, full working, and accurate final answers.
50MsolveQuantum mechanics, electrochemistry, solid state chemistry
(a) Find the probability of existence of a particle in a one-dimensional box of length 'a' in the region 0 ≤ x ≤ a/4 for the states n = 1, 2 and 3. (15 marks)
(b) The standard reduction potential of oxygen under acidic conditions at 298 K is +1.23 V. What is the standard reduction potential for the four-electron reduction of O₂(g) under basic conditions? (15 marks)
(c) The radii of Zn²⁺ and S²⁻ ions are 0·74 Å and 1·84 Å respectively. Determine the most stable form of arrangement of ions in ZnS crystal lattice. Draw the CCP (Cubic Close Packing) structure of ZnS. (15 marks)
(d) In a sample of NaCl, one of every 10,000 sites, normally occupied by Na⁺, is occupied instead by Ca²⁺. Assuming that all of the Cl⁻ sites are fully occupied, what is the stoichiometry of the sample? (5 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) एक-विमीय डिब्बा, जिसकी लंबाई 'a' है, में एक कण के अस्तित्व की प्रायिकता को n = 1, 2 और 3 अवस्थाओं के लिए, 0 ≤ x ≤ a/4 क्षेत्र में ज्ञात कीजिए। (15 अंक)
(b) अम्लीय स्थितियों में 298 K पर ऑक्सीजन का मानक अपचयन विभव +1.23 V है। क्षारीय स्थितियों में O₂(g) के चार-इलेक्ट्रॉन के साथ अपचयन के लिए मानक अपचयन विभव क्या है? (15 अंक)
(c) Zn²⁺ और S²⁻ आयनों की त्रिज्याएँ क्रमानुसार 0·74 Å और 1·84 Å हैं। ZnS के क्रिस्टल जालक (crystal lattice) में आयनों के सबसे स्थिर ढाँचे की व्यवस्था को निर्धारित कीजिए। ZnS की CCP (घनीय निविड संकुलन) संरचना बनाइए। (15 अंक)
(d) NaCl के एक नमूने में, प्रत्येक 10,000 स्थलों में से एक स्थल, जो सामान्यतः Na⁺ से अध्यासित होता है, उसके स्थान पर Ca²⁺ अध्यासित है। मान लीजिए कि Cl⁻ अपने सभी स्थलों पर पूर्णतः अध्यासित है, तो नमूने की स्टॉइकियोमीट्री क्या होगी? (5 अंक)
Answer approach & key points
(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Full derivation, correct values, clear diagrams, and logical reasoning.
(a) Calculate the number of collisions that oxygen makes per second on 1·00 cm² of the surface of the vessel containing them if the pressure is 1·00 × 10⁻⁶ atm and the temperature is 25°C. 10
(b) Suppose that 10·0 J of work is required to create droplets of uniform size from a mole of water in bulk at 25°C and 1 atm pressure.
(i) Assuming that surface tension is independent of area, calculate the radius of the droplets.
(ii) Calculate the number of water molecules in a droplet.
Given : Surface tension of water = 0·072 J/m² 15
(c) You are given the following data for butane :
Normal melting point = – 138°C
Normal boiling point = 0°C
Critical temperature = 152°C
Critical pressure = 38 atm
Assume that the triple point is slightly lower in temperature than the melting point and that the vapour pressure at the triple point is 3 × 10⁻⁵ torr.
(i) Sketch a phase diagram for butane.
(ii) Butane at 1 atm and 140°C is compressed to 40 atm. Are two phases present at any time during this process ?
(iii) Butane at 1 atm and 200°C is compressed to 40 atm. Are two phases present at any time during this process ? 10
(d) A container with 100 g of ice at 0°C is placed in a humid room whose temperature is 40°C. The ice melts as water vapour condenses into the container. Assuming that all the heat transferred to the container comes from the condensation, how much water will have condensed in the container once all the ice is melted and has reached 40°C ?
Given : Heat of fusion of ice = 334 Jg⁻¹
Heat of vaporization of water = 2260 Jg⁻¹
Heat capacity of water = 4184 J kg⁻¹ K⁻¹ 10
(e) Explain why crystalline solids are generally more defective as a result of increasing temperature. 5
हिंदी में पढ़ें
(a) यदि ताप 25°C और दाब 1·00 × 10⁻⁶ atm है, तो 1·00 cm² की सतह वाले बर्तन पर ऑक्सीजन के प्रति सेकंड संघट्टन की संख्या का परिकलन कीजिए। 10
(b) मान लीजिए कि 25°C और 1 atm दाब पर पानी के आयतन (bulk) में से एक मोल पानी से एकसमान आकार के बिंदुक उत्पन्न करने के लिए 10·0 J कार्य अपेक्षित है।
(i) यह मानते हुए कि पृष्ठीय तनाव क्षेत्रफल से स्वतंत्र है, बिंदुओं की त्रिज्या का परिकलन कीजिए।
(ii) एक बिंदुक में पानी के अणुओं की संख्या का परिकलन कीजिए।
दिया गया है : पानी का पृष्ठीय तनाव = 0·072 J/m² 15
(c) आपको ब्यूटेन के लिए निम्नलिखित आँकड़े दिए गए हैं :
सामान्य गलनांक = – 138°C
सामान्य क्वथनांक = 0°C
क्रांतिक ताप = 152°C
क्रांतिक दाब = 38 atm
मान लीजिए कि त्रिक बिंदु तापमान में सामान्य गलनांक से थोड़ा नीचे है और त्रिक बिंदु पर वाष्प दाब 3 × 10⁻⁵ torr है।
(i) ब्यूटेन का प्रावस्था आरेख बनाइए।
(ii) 1 atm और 140°C पर ब्यूटेन को 40 atm तक संपीड़ित किया जाता है। क्या इस क्रिया के दौरान किसी भी समय दो अवस्थाएँ उपस्थित होती हैं ?
(iii) 1 atm और 200°C पर ब्यूटेन को 40 atm तक संपीड़ित किया जाता है। क्या इस क्रिया के दौरान किसी भी समय दो अवस्थाएँ उपस्थित होती हैं ? 10
(d) एक आर्द्र कमरा जिसका तापमान 40°C है, उसमें एक डिब्बे में 0°C पर 100 g बर्फ रखी गई है। जल वाष्प डिब्बे के अंदर संघनित होने से बर्फ पिघलती है। यह मानते हुए कि डिब्बे के अंदर सारी ऊष्मा का स्थानांतरण संघनन से होता है, डिब्बे में कितना जल संघनित होगा जब सारी बर्फ पिघल जाए और उसका तापमान 40°C तक पहुँच जाए ?
दिया गया है : बर्फ की संगलन ऊष्मा = 334 Jg⁻¹
जल की वाष्पन ऊष्मा = 2260 Jg⁻¹
जल की ऊष्मा धारिता = 4184 J kg⁻¹ K⁻¹ 10
(e) व्याख्या कीजिए कि बढ़ते तापमान के परिणामस्वरूप क्रिस्टलीय ठोस सामान्यतः अधिक दोषपूर्ण क्यों होते हैं। 5
Answer approach & key points
(a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c(i)) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (c(ii)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c(iii)) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: All calculations correct with full working; diagrams accurate; explanations mechanistic.
50MexplainPhysical chemistry - molecular orbital theory, electrochemistry, thermodynamics
(a) Draw the molecular orbital (MO) diagram of NO molecule. The experimental bond dissociation energy of NO is 626 kJ mol⁻¹ while that of NO⁺ is 1047 kJ mol⁻¹ — rationalize it. NO can also act as a reactive radical — how ? 20
(b) Calculate the diffusion limiting current for the oxidation of an organic compound at an electrode in a quiescent solution. Assume six electrons are involved in the reaction and the thickness of diffusion layer is taken as 0.05 cm in an unstirred solution.
Given :
(i) Concentration of organic compound, Corganic = 10⁻² mole litre⁻¹
(ii) Diffusion coefficient of organic compound, Dorganic = 2 × 10⁻⁵ cm² sec⁻¹ 10
(c) The level of conductivity in a decimolar aqueous solution of calcium nitrate, which is a strong electrolyte, is measured as σ = 26·2 mS cm⁻¹ at 25°C. Calculate the molar conductivity of the electrolyte, that of calcium ions and the transport numbers of the two types of ions present in the solution, with the data given below.
Molar conductivity at infinite dilution in an aqueous solution at 25°C :
(i) λ₊⁰ (mS m² mol⁻¹)
Ca²⁺ 11·9
(ii) λ₋⁰ (mS m² mol⁻¹)
NO₃⁻ 7·14 10
(d) Suppose we redefine the standard state as Pressure, P = 2 atm. Find the new standard ΔG°f values of each substance :
(i) HCl (g)
(ii) N₂O (g)
Explain the results in terms of the relative entropies of reactants and products of each reaction.
Given : Standard free energy of formation at 25°C :
(i) ΔG°HCl = –95.3 kJ mol⁻¹
(ii) ΔG°N₂O = +103.7 kJ mol⁻¹ 10
हिंदी में पढ़ें
(a) NO अणु का आण्विक कक्षक (MO) आरेख बनाइए। NO की प्रयोगात्मक आबंध विभोजन ऊर्जा 626 kJ mol⁻¹ है जबकि NO⁺ की 1047 kJ mol⁻¹ है — वैज्ञानिक व्याख्या प्रस्तुत कीजिए। NO एक अभिक्रियाशील मूलक की तरह भी प्रदर्शन कर सकता है — बताइए कैसे। 20
(b) एक शांत विलयन में, एक इलेक्ट्रोड पर कार्बनिक यौगिक के ऑक्सीकरण के लिए विसरण सीमान्त धारा का परिकलन कीजिए।
मान लीजिए इस अभिक्रिया में छः इलेक्ट्रॉन साम्मिलित हैं और अचल विलयन में विसरण परत (diffusion layer) की मोटाई 0.05 cm ली गई है।
दिया गया है :
(i) कार्बनिक यौगिक की सांद्रता, Cकार्बनिक = 10⁻² mole litre⁻¹
(ii) कार्बनिक यौगिक का विसरण गुणांक Dकार्बनिक = 2 × 10⁻⁵ cm² sec⁻¹ 10
(c) कैल्शियम नाइट्रेट, जो एक प्रबल विद्युत-अपघट्य है, उसके डेसीमोलर जलीय विलयन में चालकता का स्तर, 25°C पर σ = 26·2 mS cm⁻¹ मापा गया है। नीचे दिए गए आँकड़ों से विद्युत-अपघट्य, जो कि Ca²⁺ आयन है, उसकी ग्राम-अणुक चालकता तथा विलयन में उपस्थित दो प्रकार के आयनों के अभिगमनांकों का परिकलन कीजिए।
25°C पर जलीय विलयन की अनंत तनुता पर ग्राम-अणुक चालकता निम्नलिखित है :
(i) λ₊⁰ (mS m² mol⁻¹)
Ca²⁺ 11·9
(ii) λ₋⁰ (mS m² mol⁻¹)
NO₃⁻ 7·14 10
(d) मान लीजिए हम दाब, P = 2 atm पर मानक अवस्था को पुनः परिभाषित करते हैं। प्रत्येक पदार्थ के लिए ΔG°f का नया मानक मूल्य ज्ञात कीजिए :
(i) HCl (g)
(ii) N₂O (g)
प्रत्येक अभिक्रिया में अभिकारकों और उत्पादों की आपेक्षिक एन्ट्रॉपियों के आधार पर परिणामों की व्याख्या कीजिए।
दिया गया है : संभवन की मानक मुक्त ऊर्जा, 25°C पर :
(i) ΔG°HCl = –95.3 kJ mol⁻¹
(ii) ΔG°N₂O = +103.7 kJ mol⁻¹ 10
Answer approach & key points
Framework: Concept > Structure or mechanism > Reasoning > Result. (a) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (b) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation Full marks: Complete working, correct units, and clear conceptual links.
Correct MO energy level diagram for NO
Electron configuration showing one unpaired electron
Bond order calculation for NO (2.5) and NO+ (3)
Link between bond order and dissociation energy
Use of limiting current formula (e.g., Il = nFADc/δ)
Correct substitution of given values (n=6, D, C, δ)
Unit conversion for concentration (mol/L to mol/cm³)
50MCompulsorysolvePhysical and Inorganic Chemistry
(a) The gas-phase reaction between methane (CH₄) and diatomic sulphur (S₂) is given by the following reaction: CH₄ (g) + 2S₂ (g) ———→ CS₂ (g) + 2H₂S (g). At 823 K, the rate constant for this reaction is 1·1 × 10⁻³ m³ mol⁻¹ S and at 898 K, the rate constant is 6·4 × 10⁻³ m³ mol⁻¹ S. Calculate the activation energy for this reaction. [Given: R = 8·3145 J K⁻¹ mol⁻¹] (5 marks)
(b) A dye solution containing 1 g per 100 cc transmitted 60% of the blue light in a cell 1 cm thick. (i) What percentage of light would be absorbed by a solution containing 2 g per 100 cc in the same cell? (ii) What should be the cell thickness so that 90% of the light is absorbed by the original solution? (5 marks)
(c) At 0°C and 1 atm pressure, the volume of nitrogen (N₂) gas required to form a monolayer on a sample of charcoal is 155·5 cm³ gm⁻¹ of charcoal. Calculate the surface area per gram of charcoal. Area of cross-section of a N₂ molecule is 0·160 (nm)². [Given: Nₐ = 6·022 × 10²³ mol⁻¹; Molar volume of gas (at 0°C and 1 atm pressure), Vₘ = 22·414 dm³ mol⁻¹] (5 marks)
(d) From the following data for the decomposition of ammonium nitrite in aqueous solution, show that the reaction is of the first order. | Time (minutes) | 10 | 15 | 20 | 25 | ∞ | |---|---|---|---|---|---| | Volume of N₂ (cc) | 6·25 | 9·00 | 11·40 | 13·65 | 35·05 | (5 marks)
(e) Draw the structure of Ferredoxin protein containing [4Fe – 4S] and find the average oxidation number of iron. (5 marks)
(f) Which complex ion has higher value of crystal field splitting energy (Δ₀)? Justify your answer. (i) [Co(H₂O)₆]³⁺ or [Co(H₂O)₆]²⁺ (ii) [Co(NH₃)₆]³⁺ or [Rh(NH₃)₆]³⁺ (iii) [Co(H₂O)₆]³⁺ or [Co(NH₃)₆]³⁺ (10 marks)
(g) Complete the following reactions: (i) S₄N₄ →[SbCl₅] (ii) XeF₆ →[PtF₅] (iii) B₂H₆ →[NH₃][-120°C] (iv) 8KrF₂ + 2Au → (v) XeOF₄ + XeO₃ → (10 marks)
(h) The magnetic moment of d-block elements arises mainly from the contribution of spin motion of the electrons but in case of f-block elements, it is not valid. Justify the statement. (5 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) मीथेन (CH₄) और द्विपरमाणुक सल्फर (S₂) के बीच गैस-प्रावस्था अभिक्रिया निम्नलिखित है: CH₄ (g) + 2S₂ (g) ———→ CS₂ (g) + 2H₂S (g)। इस अभिक्रिया का 823 K पर वेग स्थिरांक 1·1 × 10⁻³ m³ mol⁻¹ S है और 898 K पर वेग स्थिरांक 6·4 × 10⁻³ m³ mol⁻¹ S है। इस अभिक्रिया की सक्रियण ऊर्जा का परिकलन कीजिए। [दिया गया है: R = 8·3145 J K⁻¹ mol⁻¹] (5 अंक)
(b) 1 g प्रति 100 cc युक्त रंजक विलयन ने 1 cm मोटाई के सेल में 60% नीला प्रकाश संचरित किया। (i) उसी सेल में यदि 2 g प्रति 100 cc का विलयन हो तो प्रकाश का कितना प्रतिशत अवशोषित होगा? (ii) प्रारंभिक विलयन से 90% प्रकाश का अवशोषण करवाने के लिए सेल की मोटाई कितनी होनी चाहिए? (5 अंक)
(c) 0°C ताप और 1 atm दाब पर चारकोल के एक नमूने पर एक परत बनाने के लिए नाइट्रोजन (N₂) गैस की "155·5 cm³ gm⁻¹ चारकोल" के आयतन की आवश्यकता है। चारकोल के पृष्ठीय क्षेत्रफल प्रति ग्राम का परिकलन कीजिए। N₂ अणु के अनुप्रस्थ-काट (cross-section) का क्षेत्रफल 0·160 (nm)² है। [दिया गया है: Nₐ = 6·022 × 10²³ mol⁻¹; गैस का ग्राम-अणुक आयतन (0°C और 1 atm दाब पर), Vₘ = 22·414 dm³ mol⁻¹] (5 अंक)
(d) जलीय विलयन में अमोनियम नाइट्राइट के अपघटन के निम्नलिखित आँकड़ों से प्रदर्शित कीजिए कि अभिक्रिया प्रथम कोटि की है। | समय (मिनट) | 10 | 15 | 20 | 25 | ∞ | |---|---|---|---|---|---| | N₂ का आयतन (cc) | 6·25 | 9·00 | 11·40 | 13·65 | 35·05 | (5 अंक)
(e) फेर्रोडॉक्सिन प्रोटीन की उस संरचना को बनाइए जिसमें [4Fe – 4S] है और लोहे (आयरन) की औसत ऑक्सीकरण संख्या ज्ञात कीजिए। (5 अंक)
(f) कौन-से संकुल आयन में क्रिस्टल क्षेत्र विपाटन ऊर्जा (Δ₀) का मान उच्चतर है? अपने उत्तर की पुष्टि कीजिए। (i) [Co(H₂O)₆]³⁺ या [Co(H₂O)₆]²⁺ (ii) [Co(NH₃)₆]³⁺ या [Rh(NH₃)₆]³⁺ (iii) [Co(H₂O)₆]³⁺ या [Co(NH₃)₆]³⁺ (10 अंक)
(g) निम्नलिखित अभिक्रियाओं को पूरा कीजिए: (i) S₄N₄ →[SbCl₅] (ii) XeF₆ →[PtF₅] (iii) B₂H₆ →[NH₃][-120°C] (iv) 8KrF₂ + 2Au → (v) XeOF₄ + XeO₃ → (10 अंक)
(h) d-ब्लॉक के तत्वों में चुंबकीय आघूर्ण उत्पन्न होने के लिए मुख्यतः इलेक्ट्रॉनों की प्रचक्रण गति योगदान देती है लेकिन f-ब्लॉक के तत्वों में यह मान्य नहीं है। कथन की पुष्टि कीजिए। (5 अंक)
Answer approach & key points
Framework: Concept > Structure or mechanism > Reasoning > Result. (a) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(i)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (b(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (c) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (d) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (e) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (f(i)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (f(ii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (f(iii)) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (g(i)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (g(ii)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (g(iii)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (g(iv)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (g(v)) enumerate: list the items in order > one line each > no commentary | (h) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion Full marks: All parts with correct calculations, mechanisms, and justifications
(a) The following molecule shows the rigid or fluxional behaviour at higher temperature or in the presence of a base. Justify the answer with the help of ¹H NMR spectrum. (10 marks)
(b) Consider the following photochemical reaction: H₂ (g) + Br₂ (g) →[hν] 2HBr (g). Give the mechanism of this reaction. Applying steady-state approximations to [Br] and [H], show that the rate of formation of HBr (g) varies with the square root of the intensity (Iₐ) of the absorbed radiation. What is the quantum yield for this reaction? Why is the value so low? (20 marks)
(c) Mentioning the requisite assumptions, derive the equation of the Langmuir adsorption isotherm. Show that the Langmuir isotherm holds at low pressure but fails at high pressure. (20 marks)
हिंदी में पढ़ें
(a) निम्नलिखित अणु उच्च ताप या क्षारक की उपस्थिति में दृढ़ या फ्लक्सीयोनल (फ्लक्सनल) व्यवहार दर्शाता है। उत्तर की पुष्टि ¹H NMR स्पेक्ट्रम की सहायता से कीजिए। (10 अंक)
(b) निम्नलिखित प्रकाश-रासायनिक अभिक्रिया पर विचार कीजिए: H₂ (g) + Br₂ (g) →[hν] 2HBr (g)। इस अभिक्रिया की क्रियाविधि दीजिए। स्थिर-अवस्था सन्निकटन को [Br] और [H] पर लागू करके, प्रदर्शित कीजिए कि HBr (g) के बनने की दर अवशोषित विकिरण की तीव्रता (Iₐ) के वर्गमूल के साथ परिवर्तित होती है। इस अभिक्रिया की क्वांटम लब्धि क्या है? यह मान इतना कम क्यों है? (20 अंक)
(c) आवश्यक मान्यताओं का उल्लेख करते हुए, लैंगम्यूर अधिशोषण समतापी वक्र का समीकरण व्युत्पन्न कीजिए। प्रदर्शित कीजिए कि लैंगम्यूर समतापी वक्र कम दाब पर मान्य है लेकिन उच्च दाब पर असफल होता है। (20 अंक)
Answer approach & key points
(a) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (b) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (c) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check Full marks: Complete derivations with clear mechanisms and NMR justification
Identify the molecule as a Pd-allyl complex
State the fluxional behavior (e.g., η1-η3 equilibrium)
Link fluxionality to high temperature or base
Justify using 1H NMR signal averaging or splitting
Provide the chain mechanism (initiation, propagation, termination)
Apply steady-state approximation to [Br] and [H]
Show rate is proportional to square root of intensity (Ia)
(a) Distinguish the "T" (tense) and 'R' (relax) conformations of Hemoglobin on reversible binding of oxygen (O₂). 15 marks
(b) What is the basic difference between Cytochrome 'b' and Cytochrome 'c' ? Explain the role of Cytochrome 'c' oxidase. 5 marks
(c) Draw the possible stereoisomers of the following complex and explain their optical activity. 10 marks
(d) (i) Consider a second-order reaction : A + B → P where the initial concentration of A is 'a' mol dm⁻³ and that of B is 'b' mol dm⁻³. After time 't', x mol dm⁻³ of A and x mol dm⁻³ of B react to form x mol dm⁻³ of the product, P. Show that the second-order rate constant for this reaction will be given by k₂ = 1/((a-b)t) ln [b(a-x)/a(b-x)] with the assumption that a > b. What will be the unit of k₂ ? (Consider time in seconds)
(ii) Determine the units of the rate constants for zeroth-order and 5/2 order reactions. Assume that concentrations are expressed in mol dm⁻³ and time in seconds. 10 marks
(e) Complete the following reaction and explain the mechanism with the help of pi-bonding theory. 10 marks
हिंदी में पढ़ें
(a) ऑक्सीजन (O₂) के हीमोग्लोबिन के साथ उत्क्रमणीय बंधन पर 'T' (टेंस) और 'R' (रिलैक्स) संरूपणों में अंतर स्पष्ट कीजिए । 15 अंक
(b) साइटोक्रोम 'बी' और साइटोक्रोम 'सी' में मूल अंतर क्या है ? साइटोक्रोम 'सी' ऑक्सीडेज की भूमिका की व्याख्या कीजिए । 5 अंक
(c) निम्नलिखित संकुल के संभव विसम समावयवों को बनाइए और उनकी द्रुवण घूर्णकता की व्याख्या कीजिए। 10 अंक
(d) (i) द्वितीय कोटि अभिक्रिया पर विचार कीजिए : A + B → P जहाँ A का आरंभिक सांद्रण 'a' mol dm⁻³ है और B का 'b' mol dm⁻³ है। 't' समय के बाद, A के x mol dm⁻³ और B के x mol dm⁻³ आपस में अभिक्रिया करते हैं और x mol dm⁻³ का उत्पाद, P बनाते हैं। a > b मानते हुए, प्रदर्शित कीजिए कि इस अभिक्रिया की द्वितीय कोटि का वेग स्थिरांक k₂ = 1/(a-b)t ln [b(a-x)/a(b-x)] होगा। k₂ की इकाई क्या होगी? (समय सेकंड में मान लीजिए)
(ii) शून्य कोटि और 5/2 कोटि की अभिक्रियाओं के वेग स्थिरांक की इकाई ज्ञात कीजिए। मान लीजिए कि सांद्रण को mol dm⁻³ और समय को सेकंड में व्यक्त किया जाता है। 10 अंक
(e) निम्नलिखित अभिक्रिया को पूरा कीजिए और इसकी क्रियाविधि का pi-आबंधन सिद्धांत की सहायता से व्याख्या कीजिए। 10 अंक
Answer approach & key points
Framework: Concept > Structure or mechanism > Reasoning > Result. (a) compare: paired headings or table > key differences > significance > conclusion | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) describe: define > structure or process in order > labelled diagram > significance | (d(i)) derive: given > assumptions > stepwise derivation > result > check | (d(ii)) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) explain: definition/context > points in order > small example > short close Full marks: Complete derivations, correct structures, and clear mechanistic reasoning.
50MdrawInorganic chemistry and coordination compounds
(a) Draw the structures of S₂N₂, S₄N₂, S₁₁N₂, S₅N₆ and I₂Cl₆. 10 marks
(b) What are silicones ? Mention some of their uses. How will you prepare hexamethyldisiloxane ? Draw its structure. What happens if some (CH₃)₃ SiCl is mixed with (CH₃)₂ SiCl₂ and hydrolysed ? 10 marks
(c) How many lanthanides can be easily separated from the lanthanide mixture by using valency change method ? Justify your answer. 10 marks
(d) Write electronic configuration (outer) of the following lanthanide ions and calculate the magnetic moment in BM from L-S coupling. 10 marks
(i) Pr³⁺ (g = 4/5)
(ii) Tb³⁺ (g = 3/2)
(e) Complete the following chemical reactions and indicate the category of these reactions. Justify your answer. 10 marks
(i) 2[Co(CN)₅]³⁻ + MeI ———→
(ii) [Ru(CO)₃(PPh₃)₂] + MeI ———→
हिंदी में पढ़ें
(a) S₂N₂, S₄N₂, S₁₁N₂, S₅N₆ और I₂Cl₆ की संरचनाओं को बनाइए। 10 अंक
(b) सिलिकोन्स क्या हैं ? उनके कुछ उपयोगों का उल्लेख कीजिए। हेक्सामेथिलडाइसिलोक्सेन को आप कैसे निर्मित करेंगे ? इसकी संरचना बनाइए। यदि कुछ (CH₃)₃ SiCl को (CH₃)₂ SiCl₂ के साथ मिलाकर जल-अपघटन किया जाए तो क्या होता है ? 10 अंक
(c) संयोजकता परिवर्तन की विधि से लैन्थेनाइड मिश्रण में से कितने लैन्थेनाइड आसानी से अलग किए जा सकते हैं ? अपने उत्तर की पुष्टि कीजिए। 10 अंक
(d) निम्नलिखित लैन्थेनाइड आयनों का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास (बाहरी) लिखिए और L-S युग्मक/युग्मन से चुंबकीय आघूर्ण का BM में परिकलन कीजिए। 10 अंक
(i) Pr³⁺ (g = 4/5)
(ii) Tb³⁺ (g = 3/2)
(e) निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रियाओं को पूरा कीजिए और इन अभिक्रियाओं के संवर्ग को निर्दिशित कीजिए। अपने उत्तर की पुष्टि कीजिए। 10 अंक
(i) 2[Co(CN)₅]³⁻ + MeI ———→
(ii) [Ru(CO)₃(PPh₃)₂] + MeI ———→
Answer approach & key points
(a) map: locate accurately > label > one line on why it matters | (b) explain: definition/context > points in order > small example > short close | (c) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion | (d) calculate: given > formula > substitution > result with units > interpretation | (e) justify: claim > 3-4 reasons > evidence > conclusion Full marks: All structures drawn correctly; full derivations for magnetic moments; precise reaction mechanisms with correct categorization.
S₂N₂ drawn as a planar four-membered ring
S₄N₂ drawn as a planar eight-membered ring
S₁₁N₂ drawn as a cage structure
I₂Cl₆ drawn as a dimer with bridging chlorines
Definition of silicones as polysiloxanes
Preparation of hexamethyldisiloxane from dimethyldichlorosilane
Structure of hexamethyldisiloxane drawn
Prediction of cross-linked polymer from mixed hydrolysis