B.Sc. Chemistry (C.G.) Third Year – UNIT 3, First Question Paper Long & Short Answer Questions

B.Sc. Chemistry (C.G.)

Third Year – First Question Paper

बी.एससी. रसायन विज्ञान (सी.जी.)

तृतीय वर्ष – प्रथम प्रश्न पत्र

इकाई 3

दीर्घ एवं लघु उत्तरीय प्रश्न

Q1. कार्ब-धात्विक यौगिक किसे कहते हैं? उदाहरण सहित समझाइए। इनका नामकरण कैसे किया जाता है?

कार्ब-धात्विक (Organometallic) यौगिक

वे यौगिक जिनमें धातु (Metal) और कार्बन के बीच प्रत्यक्ष M–C बन्ध होता है, उन्हें कार्ब-धात्विक यौगिक कहते हैं।

➡️ केवल C–O–Metal (जैसे acetate) organometallic नहीं होते।
➡️ प्रत्यक्ष Metal–Carbon bond होना जरूरी है।

उदाहरण

CH₃MgBr → ग्रिगनार्ड अभिकर्मक
C₂H₅Li → ऑर्गेनोलिथियम
Fe(C₅H₅)₂ → फेरोसीन
Ni(CO)₄ → निकेल टेट्राकार्बोनिल

कार्ब-धात्विक यौगिकों का नामकरण (Nomenclature)

नामकरण में निम्न नियम अपनाते हैं:

(1) पहले लिगैण्ड का नाम

Alkyl → methyl, ethyl
Carbonyl → carbonyl
Cyclopentadienyl → cyclopentadienyl (Cp)

(2) फिर धातु का नाम + ऑक्सीकरण अवस्था

उदाहरण

Ni(CO)₄
➡️ Tetracarbonyl nickel(0)
Fe(C₅H₅)₂
➡️ Bis(cyclopentadienyl) iron(II)
➡️ सामान्य नाम: Ferrocene
CH₃Li
➡️ Methyllithium

Q2. कार्ब-धात्विक यौगिकों का वर्गीकरण कीजिए।

(1) Ionic Organometallic Compounds

Metal अत्यधिक electropositive होता है।
उदाहरण:
RLi, RMgX

(2) Covalent Organometallic Compounds

Metal–C bond सहसंयोजक होता है।
उदाहरण:
Ni(CO)₄

(3) Electron-deficient Compounds

3-centre 2-electron bonds होते हैं।
उदाहरण:
Al₂(CH₃)₆

(4) π-Bonded Compounds

Ligand π-electron द्वारा जुड़ता है।
उदाहरण: Ferrocene

Q3. हैप्टिकता क्या है? उदाहरण सहित समझाइए।

Hapticity (η)

किसी लिगैण्ड के कितने लगातार (adjacent) atoms धातु से जुड़े हैं, इसे हैप्टिकता कहते हैं।

इसे ηⁿ से दर्शाते हैं।
n = जुड़े हुए atoms की संख्या

उदाहरण

लिगैण्ड	हैप्टिकता
Ethene	η²
Butadiene	η⁴
Benzene	η⁶

➡️ Ferrocene = η⁵-Cyclopentadienyl

Q4. निम्न लिगैण्ड की हैप्टिकता बताइए

लिगैण्ड	हैप्टिकता
(a) Benzene	η⁶
(b) 1,3-Butadiene	η⁴
(c) 1,3-Cyclobutadiene	η⁴
(d) 1,3,5-Cyclohexatriene	η⁶
(e) Propynyl ion	η¹
(f) 1,3-Pentadienyl anion	η⁵
(g) Cyclopentadienyl anion	η⁵

Q5. 18-Electron Rule क्या है?

यह organometallic chemistry का बहुत महत्वपूर्ण नियम है।

नियम

धातु संकुल स्थिर तब होता है जब उसके पास 18 valence electrons हों।

क्यों 18?
Metal के पास कुल orbitals =
1s + 3p + 5d = 9 orbitals

हर orbital में 2 electron →

$9 × 2 = 18 electrons$

Electron Counting उदाहरण

Ni(CO)₄

Ni = 10 e⁻
4 CO = 8 e⁻
Total = 18 e⁻
➡️ इसलिए बहुत स्थिर।

Ferrocene

Fe²⁺ = 6 e⁻
2 Cp⁻ = 12 e⁻
Total = 18 e⁻
➡️ अत्यधिक स्थिर।

Q6. 18-इलेक्ट्रॉन नियम से संबंधित बिन्दुओं पर टिप्पणी लिखिए

(1) ऑक्सीकरण या आयनिक मॉडल (Oxidation / Ionic Model)

इस विधि में मानते हैं कि

लिगैण्ड अपने इलेक्ट्रॉन आयन के रूप में दान करते हैं
पहले धातु की ऑक्सीकरण अवस्था ज्ञात करते हैं
फिर d-इलेक्ट्रॉन + लिगैण्ड इलेक्ट्रॉन जोड़ते हैं

नियम

CO, NH₃ = 2e donor
Cl⁻, CH₃⁻ = 2e donor (anion)

उदाहरण : Fe(CO)₅

Fe की ऑक्सीकरण अवस्था = 0
Fe (Group 8) → 8 e⁻
5 CO → 5 × 2 = 10 e⁻
कुल = 18 e⁻

(2) उदासीन या सहसंयोजी मॉडल (Neutral / Covalent Model)

इस विधि में:

धातु को न्यूट्रल अवस्था में मानते हैं
सभी बन्ध सहसंयोजी माने जाते हैं
Metal valence e⁻ + ligand e⁻ जोड़े जाते हैं

उदाहरण : Ni(CO)₄

Ni → 10 e⁻
4 CO → 8 e⁻
कुल = 18 e⁻

👉 दोनों मॉडल से एक ही उत्तर मिलता है।

Q7. निम्न धातु कार्बोनिलों में इलेक्ट्रॉन गणना व संरचना

(i) Fe₂(CO)₉

Fe = 8 e⁻ × 2 = 16 e⁻
CO = 9 × 2 = 18 e⁻
Fe–Fe bond = 2 e⁻

कुल = 36 e⁻ → 18 e⁻ प्रति Fe

संरचना

6 terminal CO
3 bridging CO
Fe–Fe बन्ध उपस्थित

(ii) Fe(CO)₅

Fe = 8 e⁻
5 CO = 10 e⁻
कुल = 18 e⁻

संरचना

Trigonal bipyramidal

3 equatorial CO
2 axial CO

(iii) Cr(CO)₆

Cr = 6 e⁻
6 CO = 12 e⁻
कुल = 18 e⁻

संरचना

Octahedral geometry

(iv) Co₂(CO)₈

Co = 9 × 2 = 18 e⁻
CO = 8 × 2 = 16 e⁻
Co–Co bond = 2 e⁻

कुल = 36 e⁻ → 18 e⁻ प्रति Co

संरचना

दो प्रकार:

Bridged structure (2 bridging CO)
Non-bridged structure

Q8. द्विनाभिकीय कार्बोनिल की संरचना समझाइए

वे कार्बोनिल जिनमें दो धातु परमाणु हों → Dinuclear carbonyl

विशेषताएँ

Metal–Metal bond
Bridging CO ligands
18-electron rule का पालन

उदाहरण

Fe₂(CO)₉
Co₂(CO)₈
Mn₂(CO)₁₀

👉 Bridging CO = μ-CO कहलाते हैं

Q9. क्रोमियम कार्बोनिल की संरचना समझाइये

यौगिक: Cr(CO)₆

मुख्य बिंदु

d⁶ metal (Cr⁰)
6 CO ligands
Strong field ligand → low spin complex
Octahedral geometry
सभी CO terminal होते हैं
18-electron rule का पालन

👉 बहुत स्थिर यौगिक।

Q10. धातु-एथिलीनिक संकुल यौगिकों पर टिप्पणी लिखिये

इन्हें Metal-olefin complexes कहते हैं।

बन्धन का स्वरूप (Dewar-Chatt-Duncanson Model)

दो प्रकार के बन्धन होते हैं:

(1) σ-donation

Ethene → metal को electron देता है।

(2) π-back bonding

Metal → ethene के π* orbital में electron देता है।

👉 इससे C=C बन्ध कमजोर हो जाता है।

उदाहरण

Zeise’s salt → K[PtCl₃(C₂H₄)]

महत्व

Catalysis में उपयोग
Polymerization reactions
Hydrogenation reactions
Q11. जीसे लवण (Zeise’s Salt) क्या है? इसकी तैयारी व संरचना समझाइये।

परिचय

Zeise’s salt पहला खोजा गया धातु–एथिलीन संकुल है।

सूत्र:
$K[PtCl_3(C_2H_4)] \cdot H_2O$
यह Pt(II) का π-complex है।

तैयारी (Preparation)

K₂PtCl₄ + C₂H₄ → K[PtCl₃(C₂H₄)]

विधि:
- K₂PtCl₄ को ethanol + ethylene गैस के साथ अभिक्रिया कराते हैं।
- ठंडा करने पर पीले रंग के क्रिस्टल मिलते हैं।
संरचना (Structure)

Pt²⁺ की ज्यामिति → Square planar

Ligands:
- 3 Cl⁻
- 1 Ethylene (η² bonded)
बन्धन का प्रकार (Dewar–Chatt–Duncanson model)

1️⃣ σ-donation
Ethylene → Pt को electron देता है

2️⃣ π-back bonding
Pt → ethylene के π* orbital में electron देता है

👉 इससे C=C bond कमजोर हो जाता है और लंबाई बढ़ जाती है।

Q12. विल्किन्सन उत्प्रेरक क्या है? तैयारी व गुण लिखिए।

Wilkinson Catalyst

सूत्र:
$RhCl(PPh_3)_3$
यह homogeneous hydrogenation catalyst है।

तैयारी
$RhCl_3 + 3PPh_3 \rightarrow RhCl(PPh_3)_3$
Solvent: Ethanol / benzene

गुण (Properties)
1. गुलाबी/लाल क्रिस्टलीय ठोस
2. Homogeneous catalyst
3. Alkenes का hydrogenation करता है
4. Mild conditions पर कार्य करता है
5. Selective hydrogenation
Q13. ऐल्कीन के समांगी हाइड्रोजनीकरण का उत्प्रेरकीय चक्र

Wilkinson catalyst द्वारा hydrogenation:

Catalytic Cycle Steps

1️⃣ Ligand dissociation
RhCl(PPh₃)₃ → RhCl(PPh₃)₂

2️⃣ Oxidative addition of H₂
Rh(I) → Rh(III)

3️⃣ Alkene coordination

4️⃣ Migratory insertion
Hydride + Alkene → Alkyl complex

5️⃣ Reductive elimination
Alkane बनता है और catalyst regenerate।

Q14. धातु कार्बोनिल किसे कहते हैं?

वे संकुल जिनमें CO ligand सीधे धातु से जुड़ा हो।

सामान्य सूत्र:
$M_x(CO)_y$
उदाहरण

Ni(CO)₄, Fe(CO)₅, Cr(CO)₆

Q15(A). मोनोन्यूक्लियर धातु कार्बोनिल बनाने की विधियाँ

(1) प्रत्यक्ष संयोजन विधि
$Ni + CO \rightarrow Ni(CO)_4$
(2) अपचयन विधि
$CrCl_3 + CO + Al \rightarrow Cr(CO)_6$

Q15(B). धातु कार्बोनिल में बन्ध की प्रकृति

Synergic bonding

दो प्रकार:

(i) σ donation

CO → Metal

(ii) π back bonding

Metal → CO

👉 इससे M–C मजबूत और C–O कमजोर होता है।

धातु कार्बोनिल बनाने की दो विधियाँ
1. Direct reaction of metal + CO
2. Reduction of metal salts + CO
Q16. उष्मीय तथा प्रकाशीय अपघटन द्वारा निर्माण

(1) Thermal decomposition
$2Fe(CO)_5 \rightarrow Fe_2(CO)_9 + CO$
(2) Photochemical decomposition

UV light से:
$Fe(CO)_5 \rightarrow Fe_2(CO)_9$

Q17. एक नाभिकीय धातु कार्बोनिल के सामान्य गुण

(i) भौतिक गुण
- वाष्पशील
- रंगहीन/पीले
- विषैले
(ii) रासायनिक गुण
- 18-electron rule का पालन
- Photochemical reactions करते हैं
- Substitution reactions करते हैं
(iii) संरचना
- Ni(CO)₄ → Tetrahedral
- Fe(CO)₅ → Trigonal bipyramidal
- Cr(CO)₆ → Octahedral
Q18. जिग्लर–नाटा उत्प्रेरक द्वारा एथीन का बहुलीकरण समझाइए।

Ziegler–Natta polymerization से एथीन → पॉलीएथिलीन बनता है।

प्रयुक्त उत्प्रेरक
$TiCl_4 + Al(C_2H_5)_3$
अभिक्रिया
$nCH_2=CH_2 \rightarrow (-CH_2-CH_2-)_n$
बहुलीकरण की क्रियाविधि

1️⃣ Catalyst activation
AlEt₃ → Ti को alkyl group देता है।

2️⃣ Ethene coordination
Ethene metal से जुड़ता है।

3️⃣ Insertion (Chain growth)
Ethene → Metal–C bond में जुड़ता जाता है।

4️⃣ Chain termination
Polymer अलग हो जाता है।

👉 इससे HDPE (High density polyethylene) बनता है।

Q19. जिग्लर–नाटा उत्प्रेरक क्या है? इसकी क्रियाविधि लिखिए।

परिभाषा

Transition metal halide + organoaluminium compound का मिश्रण।

उदाहरण

TiCl₄ + AlEt₃

क्रियाविधि (Mechanism)
1. Catalyst activation
2. Alkene coordination
3. Migratory insertion
4. Chain propagation
5. Chain termination
👉 यह stereospecific polymerization करता है।

Q20. मोनोन्यूक्लियर कार्बोनिलों में बन्ध की प्रकृति

Metal–CO bond = Synergic bonding

दो भाग:
1. σ donation (CO → Metal)
2. π back bonding (Metal → CO)
👉 Back bonding बढ़ने से
- M–C bond मजबूत
- C–O bond कमजोर
Q21. CO ligand के MO diagram द्वारा bonding समझाइए।

CO orbital:
- Lone pair (C) → σ donor
- π* orbital → acceptor
Overlap
- Metal d orbital ↔ CO π* orbital
- Metal s/p ↔ CO lone pair
👉 इसे synergic overlap कहते हैं।

Q22. संरचना

(अ) Fe(CO)₅
Trigonal bipyramidal

Geometry → Trigonal bipyramidal
- 3 equatorial CO
- 2 axial CO
(ब) Ni(CO)₄
Tetrahedral

Geometry → Tetrahedral

Electron count:
Ni = 10e
4CO = 8e
Total = 18e

(स) Cr(CO)₆
Octahedral

Geometry → Octahedral

6 CO ligands → 18 electron complex

Q23. एथिलीनिक धातु संकुलों के गुण
1. π-complex बनाते हैं
2. C=C bond कमजोर हो जाता है
3. Hydrogenation में उपयोग
4. Polymerization में उपयोग
5. Catalysis में उपयोग
Q24. [Fe₂(CO)₉] की संरचना

मुख्य विशेषताएँ:
- Fe–Fe bond
- 6 terminal CO
- 3 bridging CO (μ-CO)
👉 प्रत्येक Fe → 18e rule follow करता है।

Q25. अभिक्रियाएँ पूर्ण कीजिए

(i)
$LiR + Ni(CO)_4 \rightarrow RNi(CO)_3 + LiCO$
(ii)
$MoCl_6 + 3Fe(CO)_5 \rightarrow Mo(CO)_6 + 3FeCl_2$
(iii)
$Ni(CO)_4 + 4NO \rightarrow Ni(NO)_4 + 4CO$
(iv)
$Fe(CO)_5 + X_2 \rightarrow Fe(CO)_4X_2 + CO$
(v)
$C r (C O)_{6} + 2 N a \to N a_{2} [C r (C O)_{5}] + C O$

Q26. (अ) निम्न के सूत्र लिखिए

(i) पोटैशियम कार्बोनिल पेन्टासायनोफेरेट (II)

Ligands: 5 CN⁻ + 1 CO

K_3[Fe(CN)_5(CO)]

(ii) पोटैशियम ट्राइक्लोरो (एथिलीन) प्लैटिनेट (II)

K[PtCl_3(C_2H_4)]

(यह Zeise’s salt है)

(iii) (η³-π-allyl) ट्राइकार्बोनिल कोबाल्ट

[Co(\eta^3\text{-}C_3H_5)(CO)_3]

(ब) क्या होता है जब

(i) Fe(CO)₅ + aq. KOH

क्षारीय अपघटन → कार्बोनिलेट आयन बनता है

Fe(CO)_5 + 2KOH \rightarrow K_2[Fe(CO)_4] + CO + H_2O

(ii) Ni(CO)₄ + PCl₅

Ni(CO)_4 + PCl_5 \rightarrow NiCl_2 + CO + POCl_3

Q27. संरचना सूत्र व नामकरण

(i) [Fe(η⁵–C₅H₅)₂]

नाम: Bis(η⁵–cyclopentadienyl)iron(II)
सामान्य नाम: Ferrocene
संरचना: Sandwich complex (Cp–Fe–Cp)

(ii) [Fe(η⁴–C₄H₆)(CO)₃]

नाम: Tricarbonyl(η⁴-butadiene)iron

(iii) [Co(η³–C₃H₅)(CO)₃]

नाम: Tricarbonyl(η³-allyl)cobalt

Q28. संरचना लिखिए

(i) Cyclooctatetraene Cr(CO)₃

(\eta^4-C_8H_8)Cr(CO)_3

π-complex (η⁴ bonding)

(ii) Trichloro(η²-ethylene)platinate(II) ion

[PtCl_3(\eta^2-C_2H_4)]^-

Square planar geometry

(iii) Cyclooctatetraene Fe(CO)₃

(\eta^4-C_8H_8)Fe(CO)_3

Q29. EAN नियम

परिभाषा

Metal के चारों ओर कुल इलेक्ट्रॉनों की संख्या =
निकटतम noble gas के इलेक्ट्रॉन

EAN = Z - Oxidation\ state + ligand\ electrons

(i) Cr(CO)₆

Cr = 24
Ox state = 0
Ligand e⁻ = 12

EAN = 24 + 12 = 36

👉 Krypton = 36 ✔️

(ii) V(CO)₆⁻

V = 23
Charge = –1 → +1 e⁻
Ligand = 12 e⁻

EAN = 23 + 1 + 12 = 36

✔️ Noble gas configuration

Q30. संरचना लिखिए

(i) Fe(CO)₃C₇H₈

यह η⁶-toluene complex है

(\eta^6-C_7H_8)Fe(CO)_3

(ii) Mo(CO)₃(η⁶–Cycloheptatriene)

(\eta^6-C_7H_8)Mo(CO)_3

(iii) Me₃SnF

(CH_3)_3SnF

Tetrahedral geometry

Q31. टाइटेनियम के कार्बधात्विक यौगिक पर टिप्पणी

प्रमुख यौगिक

TiCl₄
Ti(OR)₄
Ziegler–Natta catalyst

उपयोग

Polymerization catalysts
Olefin polymerization
Organic synthesis

B.Sc. Chemistry (C.G.) Third Year – UNIT 3, First Question Paper Long & Short Answer Questions

Q1. कार्ब-धात्विक यौगिक किसे कहते हैं? उदाहरण सहित समझाइए। इनका नामकरण कैसे किया जाता है?

कार्ब-धात्विक (Organometallic) यौगिक

उदाहरण

कार्ब-धात्विक यौगिकों का नामकरण (Nomenclature)

(1) पहले लिगैण्ड का नाम

(2) फिर धातु का नाम + ऑक्सीकरण अवस्था

उदाहरण

Q2. कार्ब-धात्विक यौगिकों का वर्गीकरण कीजिए।

(1) Ionic Organometallic Compounds

(2) Covalent Organometallic Compounds

(3) Electron-deficient Compounds

(4) π-Bonded Compounds

Q3. हैप्टिकता क्या है? उदाहरण सहित समझाइए।

Hapticity (η)

उदाहरण

Q4. निम्न लिगैण्ड की हैप्टिकता बताइए

Q5. 18-Electron Rule क्या है?

नियम

Electron Counting उदाहरण

Ni(CO)₄

Ferrocene

Q6. 18-इलेक्ट्रॉन नियम से संबंधित बिन्दुओं पर टिप्पणी लिखिए

(1) ऑक्सीकरण या आयनिक मॉडल (Oxidation / Ionic Model)

नियम

उदाहरण : Fe(CO)₅

(2) उदासीन या सहसंयोजी मॉडल (Neutral / Covalent Model)

उदाहरण : Ni(CO)₄

Q7. निम्न धातु कार्बोनिलों में इलेक्ट्रॉन गणना व संरचना

(i) Fe₂(CO)₉

संरचना

(ii) Fe(CO)₅

संरचना

(iii) Cr(CO)₆

संरचना

(iv) Co₂(CO)₈

संरचना

Q8. द्विनाभिकीय कार्बोनिल की संरचना समझाइए

विशेषताएँ

उदाहरण

Q9. क्रोमियम कार्बोनिल की संरचना समझाइये

मुख्य बिंदु

Q10. धातु-एथिलीनिक संकुल यौगिकों पर टिप्पणी लिखिये

बन्धन का स्वरूप (Dewar-Chatt-Duncanson Model)

(1) σ-donation

(2) π-back bonding

उदाहरण

महत्व

Q11. जीसे लवण (Zeise’s Salt) क्या है? इसकी तैयारी व संरचना समझाइये।

परिचय

तैयारी (Preparation)

संरचना (Structure)

बन्धन का प्रकार (Dewar–Chatt–Duncanson model)

Q12. विल्किन्सन उत्प्रेरक क्या है? तैयारी व गुण लिखिए।

Wilkinson Catalyst

तैयारी

गुण (Properties)

Q13. ऐल्कीन के समांगी हाइड्रोजनीकरण का उत्प्रेरकीय चक्र

Catalytic Cycle Steps

Q14. धातु कार्बोनिल किसे कहते हैं?

उदाहरण

Q15(A). मोनोन्यूक्लियर धातु कार्बोनिल बनाने की विधियाँ

(1) प्रत्यक्ष संयोजन विधि

(2) अपचयन विधि

Q15(B). धातु कार्बोनिल में बन्ध की प्रकृति

Synergic bonding

(i) σ donation

(ii) π back bonding

धातु कार्बोनिल बनाने की दो विधियाँ

Q16. उष्मीय तथा प्रकाशीय अपघटन द्वारा निर्माण

(1) Thermal decomposition

(2) Photochemical decomposition

Q17. एक नाभिकीय धातु कार्बोनिल के सामान्य गुण

(i) भौतिक गुण

(ii) रासायनिक गुण

(iii) संरचना

Q18. जिग्लर–नाटा उत्प्रेरक द्वारा एथीन का बहुलीकरण समझाइए।

प्रयुक्त उत्प्रेरक

अभिक्रिया

बहुलीकरण की क्रियाविधि

(अ) Fe(CO)₅
Trigonal bipyramidal

(ब) Ni(CO)₄
Tetrahedral

(स) Cr(CO)₆
Octahedral