The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search
Published by nta1234, 2021-04-20 23:13:11

MTG MCQ

MCQ IIT JEE

84  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

At  resonance,0  power  factor  cosf  =  1  or  e  =  –(20t  –  50)  =  –[(20  ×  3)–  50]  =  –10  volt 
or  e  =  –  10  volt. 
\ P = Vr 2m s  = (220 V) 2  = 242 W. 
Z (200 W ) 16.  (a)  :  In  an  a.c.  generator,  maximum  emf  =  NABw. 

10.  (d) : For the given R, L circuit the potential difference across  17.  (d)  :  Current  I  = ZE 

AD  =  VBC  as  they are  parallel.  where  E = V 2 + (V - V ) 2 

I1  =  E/R1.  R L C 
I2  =  I0(1–  e –t/t)    where t  =  mean life  or  L/R.
t =  t0  (given).  A  B  Z = R2 + ( X - X ) 2 
L C 

E (across  BC) = L dI 2  + R2I 2  12 V  I 1  I 2  At  resonance,  X L  =  X C
dt R 1  L  \  Z  =  R 

I2  =  I0(1–  e –t/t  ).  Again  at  resonance,  V L  =  V C
\  E  =  V R
But I 0  = E  = 12  = 6 A.  S 
R2  2  R 2 
C  V R  100 
´ 10-3  \  I  = R = 1´103    = 0.1 A 
2  W
t = t 0  = L  = 400 H  = 0.2 s  D 
R
\  I  0.1 
\  I2  = 6(1 –  e –t/0.2 )  VL  = I Lw  = Cw = (2 ´10-6 ) ´ ( 200) 

Potential drop  across  L  =  E  –  R2I2  \  VL    =  250  volt. 
= 12 – 2 × 6(1  –  e –t/0.2 ) =  12e –t/0.2  = 12e –5t  V. 
18.  (d) :  R and  L  cause phase difference to  lie between 0  and
11.  (a) :  M = m 0n   1n   2pr 12   l.  p/2  but  never  0  and p/2  at  extremities. 

From f2   = pr 1 2  (m 0 ni)n2  l.  R  1125  = 0.8. 
Z
A = pr1 2   = 10 cm 2,  l = 20 cm,  N 1 = 300, N 2 = 400.  19.  (c)  :  Power  factor  cosf = =

M  =  m0 N1N2 A  =  4p ´ 10-7 ´ 300´ 400 ´10 ´ 10-  4 
l 0.20
20.  (a) :  For  maximum  power,  L w = 1 
= 2.4p× 10 –4 H  Cw

12.  (a) : During the growth of current in LR circuit is given by  \  C  = 1 = 10 ´ ( 2 1 
Lw2 p ´ 50) 2 

æ - R t ö or  I = E  æ - R t ö = 55  ççèæ1 - e - 5 ´2 ö = 10 1  ( p )2  = 10 -6  F 
I = I0 ççè1 - e L  ÷÷ø  R ççè1 - L  ÷÷ø  10  ÷÷ ´104 ´
I = (1 – e– 1)  .  e 
ø 
or  C  =  1 mF. 

21.  (d)  :  During  growth  of  charge  in  an  inductance, 

13.  (c) : Given : E =  E 0  sin wt  I  =  I 0  (1  –  e –Rt/L ) 

I = I0 sin çèæ wt - p2 ÷öø  or  I 0  = I0 (1 - e- Rt / L ) 
Since the phase  difference  (f) between  voltage and current  2 

is  p2 . or  e- Rt / L  = 1  = 2 -1  or  Rt = ln 2Þ t = L ln 2 
2  LR

\  Power  factor  cos f  =  cos p = 0  t  = 300 ´10 -3  ´ (0.693) 
2 2

Power consumption =  Er ms  Ir ms  cos f =  0.  or  t  =  0.1  sec. 

14.  (b) :  Maximum  current  I 0  = E  = 100  = 1 A  22.  (a) : The emf induced in the circuit is zero because the two 
R 100  emf induced  are  equal and  opposite when  one U tube  slides 
The current  decays  for  1  millisecond  =  1  ×  10– 3  sec  inside  another  tube. 

During  decay,  I  =  I 0  e –tR/L  23.  (b)  :  Induced  emf  = 1 Bwl 2 = 1 ´ (0.2 ´10-4 )(5)(1) 2 
2 2 
(-1´10-3 )´100 

I = (1) e 100´10-  3  \  Induced  emf  = 10-4 = 100 ´ 10 -6  = 50 m V. 
2 2

or  I = e -1  =  e A .  24.  (c)  :  At  resonance,  w =  1 
LC
15.  (c)  : f  =  10t 2  –  50t  +  250
when w  is  constant,
d f
\  dt = 20t - 50  \  1 = 1 Þ 1 = 1 = 1 
L1C1 L2C2 LC L2 (2C ) 2 L2C 
-d f
Induced  emf  e =  dt \  L2   =  L/2.

Electromagnetic Induction and Alternating Current  85 

25.  (b)  :  Magnetic  flux  linked  30.  (c)  :  Let  Q  denote  maximum  charge  on  capacitor. 
Let  q  denote  charge  when  energy  is  equally  shared
= BAcos wt = Bpr2 cos wt 
2  \  1 æ 1 Q2 ö = 1 q 2  Þ Q 2 = 2 q 2 
2 ççè 2 C ÷÷ø 2  C
\  Induced  emf  e = - d f = -21  Bpr 2 wsin wt 
dt
\  q = Q / 2. 
\ Power = e2 =  B2p2r 4w2 sin 2 wt 
R 4 R 31.  (d)  :  L = - e  = -8 ´ 0.05  = 0.1 H  . 
di / dt - 4 
( Bpr 2 w) 2  sin 2 wt 
= 4 R
32.  (c) : Mutual inductance between two coils depends on the 
Q  <sin 2 wt>  =  1/2 materials  of  the  wires  of  the  coils. 

\  Mean  power  generated  33.  (d)  :  Induced  emf  =  vBL. 

= ( Bpr2w)2 ´ 21 =  ( Bpr 2w) 2  .  34.  (b)  :  I 2 N2   =  I 1  N1   for  a  transformer
4R 8 R
I1 N1   
(b)  :  Induced  current  I  = -n d f = -n dW  where \  I 2  = N2  = 4 ´140 = 2 A . 
R¢ dt R¢  dt 280 
26. 

f  =  W  =  flux  ×  per  unit  turn  of  the  coil 35.  (b)  :  Power  factor = R  . 

\  I  = - 1  n(W2 - W1 ) = - n(W2 - W1  )  R2 + L2w 2 
+ 4R) t 5 Rt
(R .  36.  (d)  :  Three  inductors  are  in  parallel 

27.  (c)  :  Average  value  of  A.C.  for  complete  cycle  is  zero.  3 H 
Hence A.C.  can  not  be  measured  by  D.C.  ammeter. 
3 H 
28.  (d)  :  In  an  LCR  series  a.c.  circuit,  the  voltages  across  A  D 
components  L  and  C  are  in  opposite  phase.  The  voltage 
across  LC  combination  will  be  zero.  3 H

29.  (a)  :  The  energy  loss  due  to  eddy  currents  is  reduced  by  \  1 = 1 + 1 + 1 = 3 = 1 
using  laminated  core  in  a  transformer.  L(eq )  3 3 3 3 1 

\  L (eq)  =  1 H.

86  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

CHAPTER  ELECTROMAGNETIC WAVES 

15 

1.  The  magnetic  field  in  a  travelling  electromagnetic  wave  5.  The rms value of the electric field of the light coming from 

has   a  peak  value  of  20  nT. The  peak  value  of  electric field  the sun is 720 N/C. The average total energy density of  the 

strength is  electromagnetic  wave  is 

(a)  12 V/m  (b)  3 V/m  (a)  3.3 × 10– 3  J/m3   (b)  4.58 × 10 –6  J/m3  

(c)  6 V/m  (d)  9 V/m  (2013)  (c)  6.37 × 10 –9  J/m3   (d)  81.35 ×  10 –12  J/m3  . 

2.  A radar has a power of 1 kW and is operating at a frequency  (2006) 

of  10  GHz.  It  is located  on  a  mountain  top  of  height  500  m.  6.  An electromagnetic wave of frequency u = 3.0 MHz passes 
from  vacuum  into  a  dielectric  medium  with  permitivity
The maximum distance upto which it can detect object located  e  =  4.0. Then 
(a)  wavelength  is  doubled  and  the  frequency  remains 
on the surface of the earth (Radius of earth = 6.4 × 106   m) is  unchanged 
(b)  wavelength  is  doubled  and  frequency  becomes  half 
(a)  16 km  (b)  40 km  (c)  wavelength is halved and frequency remains unchanged 
(d)  wavelength  and  frequency  both  remain  unchanged. 
(c)  64 km  (d)  80 km  (2012)  (2004) 

3.  An  electromagnertic  warv e  in  vacuum  has  the  electric  and  7.  Consider  telecommunication  through  optical  fibres.  Which 
magnetic fields  E and B , which are always perpendicurl ar to 
each other. The direction of pro larization is given by  X  and  of  the  following  statements  is  not  true? 
that orf  warve  prropargatiorn  by k .  Thren r r r r
(a)  Xr P rE and kr P Er ´ Br  (b)  Xr PBr and kr P Er ´ Br  (a)  Optical  fibres  can  be  of  graded  refractive  index. 
(c)  X PE and k P B ´ E  (d)  X PB and k P B ´ E 
(2012)  (b)  Optical fibres are subject to electromagnetic interference 

4.  This question has Statement­1 and Statement­2. Of the four  from  outside. 

choices  given  after  the  statements,  choose  the  one  that  best  (c)  Optical  fibres  have  extremely  low  transmission  loss. 

describes  the  two  statements.  (d)  Optical fibres may have homogeneous core with a suitable 

Statement­1  :  Sky  wave  signals  are  used  for  long  distance  cladding.  (2003) 

radio communication. These signals are in general, less stable  8.  Which  of  the  following  are  not  electromagnetic  waves? 

than  ground  wave  signals.  (a)  cosmic rays  (b)  gamma rays 

Statement­2 : The  state of  ionosphere  varies  from hour to  (c) b­rays  (d)  X­rays.  (2002) 

hour, day to day and season  to  season. 

(a)  Statement­1 is  true, statement­2 is false.  9.  Electromagnetic waves are transverse in nature  is evident by 

(b)  Statement­1 is true, Statement­2 is true, Statement­2 is  (a)  polarization  (b)  interference 

the  correct explanation  of  Statement­1.  (c)  reflection  (d)  diffraction.  (2002) 

(c)  Statement­1 is true, Statement­2 is true, Statement­2 is  10.  Infrared radiation is detected by 

not  the  correct  explanation  of  Statement­1.  (a)  spectrometer  (b)  pyrometer 

(d)  Statement­1 is  false,  Statement­2 is true.  (2011)  (c)  nanometer  (d)  photometer.  (2002) 

Answer  Key 

1.  (c)  2.  (d)  3.  (a)  4.  (b)  5.  (b)  6.  (c) 
7.  (b)  8.  (c)  9.  (a)  10.  (b)

Electromagnetic  Waves  87 

1.  (c)  : In electromagnetic wave, the peak value of electric  = 1 e0 E r2m  s  + 1  æ E r2m  s  ö
2 2 m0  ççè c2  ÷÷ø 
field  (E 0 )  and  peak  value  of  magnetic  field  (B 0 )  are 
related  by  = 1 e0 Er2ms + 1  Er2m  se0m0 
2 2 m 0 
E0   =  B 0 c 
E 0  = (20 × 10 –9  T) (3 × 108   m  s –1 ) = 6 V/m  1 Er2ms 12  e0 Er2ms e 0 Er2m  s 
2
2.  (d)  : Maximum distance on earth  = e0 + =
where object can be  detected is  d, 
h  =  (8.85  ×  10 –12 )  ×  (720) 2 
then  d 
(h  +  R) 2  =  d 2  +  R 2  =  4.58  ×  10 –6  Jm –3 . 
d 2  =  h 2  +  2Rh  90°  R 
R  6.  (c)  :  During  propogation  of  a  wave  from  one  medium  to 
Q  h < < R another, frequency remains constant and wavelength changes 

\ d =  2 Rh m= e = 4=2
d = 2 ´ 6.4 ´ 106´ 500 = 8 ´ 104  m = 80 km  e 0 

Since  m µ 1
l

3.  (a)  :rTher direction of polarization is parallel to electric field. \  Wavelength  is  halved 
\ X P E 
Hence  option  (c)  holds  good. 
Trhe  drirection  of  wave propagation  is  parallel  to 
E ´ B.  7.  (b) : Optical fibres are subject to electromagnetic intereference 
from  outside. 
rr r
\ k P E ´ B  8.  (c)  : b­rays  are  not  electromagnetic  waves. 
4.  (b) 
9.  (a)  :  Polarization  proves  the  transverse  nature  of 
1 1  electromagnetic  waves. 
2 2 m 0 
5.  (b)  :  u = e0 Er2ms + Br2m  s  10.  (b) : Infrared radiation produces thermal effect and is detected 
by  pyrometer.

88  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

CHAPTER  OPTICS

16 

1.  Diameter of a plano­convex lens is 6 cm and thickness at the  6.  An object 2.4 m in front of a lens forms a sharp image on a 
centre  is  3  mm.  If  speed  of  light  in  material  of  lens  is 
2 ×  10 8  m/s,  the focal length  of the  lens  is  film  12  cm  behind  the  lens.  A  glass  plate  1  cm  thick,  of 
(a)  10 cm  (b)  15  cm  (c)  20  cm  (d)  30 cm 
(2013)  refractive  index  1.50  is  interposed  between  lens  and  film 

with  its plane  faces parallel  to  film. At  what distance  (from 

lens)  should  object  be  shifted  to  be  in  sharp  focus  on  film? 

2.  Two    coherent    point sources  (a)  2.4 m  (b)  3.2 m 

S 1  and  S2   are separated by a  (c)  5.6 m  (d)  7.2 m  (2012) 
small  distance  ‘d’  as  shown. 
7.  Direction : The question has a paragraph followed by two 

The  fringes  obtained  on  the  statements, Statement­1 and Statement­2. Of the given four 

screen  will  be  alternatives after the statements, choose the one that describes 

(a)  concentric  circles  (b)  points  the statements. 

(c)  straight lines  (d)  semi­circles  (2013)  A  thin  air  film  is  formed  by  putting the  convex  surface of  a 

3.  A beam of unpolarised light of intensity I 0 is passed through  plane­convex  lens  over  a  plane  glass  plate.  With 
a  polaroid  A  and  then  through  another  polaroid  B  which  is 
monochromatic  light, this  film gives  an interference  pattern 

oriented  so that  its  principal  plane  makes  an  angle  of  45°  due to light reflected from the top (convex) surface and  the 

relative to that of A. The  intensity  of the  emergent  light is  bottom  (glass plate) surface of the  film. 

(a)  I0  /8  (b)  I 0  (c)  I0  /2  (d)  I0  /4  Statement­1 :  When light  reflects  from  the air­glass  plate 
(2013) 
interface,  the reflected wave  suffers  a  phase  change  of p. 

Statement­2 : The centre of the interference pattern is dark. 

4.  The  graph  between  angle  of  deviation  (d)  and  angle  of  (a)  Statement­1 is true,  Statement­2 is false. 
incidence (i) for a triangular prism is  represented by 
(b)  Statement­1 is true, Statement­2 is true, Statement­2 is 

the  correct explanation  of  Statement­1. 

(c)  Statement­1 is true, Statement­2 is true, Statement­2 is 

not  the  correct  explanation  of  Statement­1. 

(a)  (b)  (d)  Statement­1 is false, Statement­2 is true.  (2011) 

8.  Let the x–z plane be the boundary between two transparent 

media. Medium 1 in z ³ 0 has a refractive index of  2  and 

medium 2 with z <  0 has a  refractive index of  3 .  A ray 

(c)  (d)  (2013)  orf  li ght  in  mediu m  1  given  b y  th e  vector 
A= 6 3 i$ + 83 $j -10 k$  is  in cident  on  t he  pl ane  of 

separation. The  angle of refraction in  medium 2  is 

5.  In Young’s  double  slit  experiment, one  of  the  slit is wider  (a)  30°  (b)  45° 

than other, so that the amplitude of the light from one slit is  (c)  60°  (d)  75°  (2011) 

double of that from other slit. If I m be the maximum intensity,  9.  A car is fitted with a convex side­view mirror of focal length 
the  resultant  intensity  I  when  they  interfere  at  phase  20  cm. A  second  car  2.8  m  behind  the  first car  is overtaking 
the  first car  at  a  relative  speed  of  15 m  s –1.    The  speed  of  the 
difference f is  given  by  image of the second car as seen in the mirror of the first one is 

I m ( ) (a) f ( ) (b) I m  f
3 1 + 2cos 2 2  5 1 + 4cos 2 2  (a)  1  m s - 1  (b)  1  m s - 1 
10 15
( ) (c)I m  f Im 
9 1 + 8cos 2 2  (d) 9  (4 + 5 cos f )  (2012)  (c)  10 m s– 1  (d)  15 m s– 1  (2011) 

Optics  89 

Directions : Questions number 10­12 are based on the following  v (cm)  v (cm) 
paragraph. 
An  initially  parallel  cylindrical  beam  travels  in  a  medium  of  (c)  (d) 
refractive  index m(I)  = m0   + m 2I  ,  where m 0  and m 2  are  positive 
constants and  I  is  the intens ity  of  the  light beam. The  intensity  O  u (cm)  O  u (cm) 
of the  beam is decreasing with  increasing radius. 

10.  The  initial shape of  the  wavefront  of the  beam  is  (2008) 

(a)  planar  (b)  convex  16.  Two lenses of power –15 D and +5 D are in contact with each 

(c)  concave  other. The  focal length of  the  combination  is 

(d)  convex  near the  axis  and  concave near  the  periphery  (a)  + 10 cm  (b)  –20 cm 

11.  The speed of light in the  medium is  (c)  –10 cm  (d)  + 20 cm  (2007) 
(a)  maximum on  the axis  of  the beam 
(b)  minimum on  the axis  of  the beam  17.  In a Young’s double slit experiment the intensity at  a point 
(c)  the same everywhere  in the beam 
(d)  directly proportional to  the  intensity I  where the  path  difference  is  l  (l  being  the  wavelength  of 
6

light used) is I. If I0   denotes the maximum intensity,  I 0  is 

12.  As the beam enters  the  medium, it will  equal  to 

(a)  travel as a  cylindrical beam  3  1  3  1 
4  (b)  2  2  2 
(b)  diverge  (c)  converge  (a)  (c)  (d) 

(d)  diverge  near the  axis and  converge  near the  periphery  (2007) 

(2010)  18.  The refractive index of glass is 1.520 for red light and 1.525 

13.  A mixture of light, consisting of wavelength 590 nm and an  for blue light. Let D1  and D2  be angles of minimum deviation 
for red and blue  light respectively in a  prism of  this  glass. 
unknown  wavelength,  illuminates  Young’s  double  slit  and 

gives  rise  to  two  overlapping  interference  patterns  on  the  Then 

screen. The central maximum of both lights coincide. Further,  (a)  D 1  >  D2   (b)  D 1  <  D 2 

it  is  observed  that  the  third  bright  fringe  of  known  light  (c)  D 1  =  D 2 

coincides  with  the  4t h  bright  fringe  of  the  unknown  light.  (d)  D1   can be less than or greater than depending upon the 

From  this  data,  the  wavelength  of  the  unknown  light  is  angle  of  prism.  (2006) 

(a)  393.4 nm  (b)  885.0 nm  19.  A thin glass (refractive index 1.5) lens has optical power of 
–5 D in air. Its optical power in a liquid medium with refractive 
(c)  442.5 nm  (d)  776.8 nm  (2009)  index  1.6  will  be 
(a)  25 D  (b)  –25  D  (c)  1  D  (d)  –1 D  (2005) 
14.  A transparent solid cylindrical rod has a refractive index of 

2  . It is surrounded by air. A light ray is incident at the mid­ 


point of one end of  the rod  as  shown  in  the  figure. 20.  A fish looking up through the  R 
water  sees  the  outside  world 

q  contained  in  a  circular  q Cq C 12 cm
horizon.  If  the  refractive  (2005) 

The incident angle q for which the light ray grazes along the  index of water is 4/3 and the 

wall  of  the  rod  is  fish  is  12  cm  below  the 

( ) (a) 1  ( ) (b) 3  surface,  the  radius  of  this 
2 2
sin -1    sin - 1  circle  in  cm  is 

( ) (c) sin - 1  2  ( ) (d) sin - 1  1  (2009)  (a)  36 5  (b)  4 5 
3 3
(c)  36 7  (d)  36 / 7 

15.  A  student  measures  the  focal  length  of  a  convex  lens  by  21.  Two point white dots are 1 mm apart on a black paper. They 

putting  an  object  pin  at  a  distance  u  from  the  lens  and  are  viewed  by  eye  of  pupil  diameter  3  mm. Approximately, 

measuring the distance v of the image pin. The graph between  what is  the  maximum  distance  at  which  these  dots  can  be 

u and  v plotted by  the  student  should  look  like  resolved  by the  eye?  [Take  wavelength  of  light  =  500  nm] 

v (cm)  v (cm)  (a)  6 m  (b)  3 m  (c)  5 m  (d)  1 m 

(2005) 

(a)  (b)  22.  When  an  unpolarized  light  of  intensity  I 0  is  incident  on  a 
polarizing sheet, the intensity of the light which does not get 
O  u (cm)  O  u (cm)  transmitted  is 

90  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

(a)  zero  (b)  I 0  (2005)  28.  The maximum number of possible interference  maxima  for 
(c)  12  I 0  (d)  14  I 0  slit­separation  equal  to  twice  the  wavelength  in  Young’s 
double­slit  experiment  is 
23.  If I0   is the intensity of the principal maximum in the single  (a)  infinite  (b)  five  (c)  three  (d)  zero.  (2004) 
slit diffraction pattern, then  what will be its intensity when 
29.  To get three images of a single object, one should have two 

the slit width  is doubled?  plane  mirrors  at  an  angle  of 

(a)  I 0  (b)  I 0/  2  (c)  2I0   (d)  4I 0  (a)  60°  (b)  90° 
(2005) 
(c)  120°  (d)  30°.  (2003) 

24.  A  Young’s  double  slit  experiment  uses  a  monochromatic  30.  The image formed by an objective of a compound microscope 
is 
source.  The  shape  of  the  interference  fringes  formed  on  a 

screen  (a)  virtual and diminished  (b)  real and diminished 

(a)  straight line  (b)  parabola  (c)  real and enlarged  (d)  virtual and enlarged. 

(c)  hyperbola  (d)  circle  (2005)  (2003) 

25.  A  plano  convex  lens  of  refractive  index  1.5  and  radius  of  31.  To  demonstrate  the phenomenon of interference  we  require 
curvature 30 cm is  silvered at the curved surface. Now this 
lens  has  been  used  to  form  the  image  of  an  object.  At  what  two  sources  which  emit  radiation  of 
distance  from  this  lens  an  object  be  placed in order  to  have 
a  real  image  of  the  size  of  the  object?  (a)  nearly  the  same  frequency 
(a)  20 cm  (b)  30  cm  (c)  60  cm  (d)  80 cm. 
(2004)  (b)  the  same  frequency 

(c)  different  wavelength 

(d)  the  same  frequency  and  having  a  definite  phase 

relationship.  (2003) 

26.  A  light  ray  is  incident  32.  An  astronomical  telescope  has  a  large  aperture  to 

perpendicular  to  one  face  of  a  (a)  reduce  spherical  aberration 

(b)  have  high  resolution 

90° prism and is totally internally  (c)  increase  span  of  observation 
reflected  at  the  glass­air 
interface.  If  the  angle  of  (d)  have  low  dispersion.  (2002) 

45°  33.  Which  of  the  following  is  used  in  optical  fibres? 

reflection  is  45°,  we  conclude  45°  (a)  total  internal  reflection  (b)  scattering 
that  the  refractive  index  n 
(c)  diffraction  (d)  refraction.  (2002) 
n <  1 
(a)  2  (b)  n >  2  34.  Wavelength  of light  used  in an  optical  instrument are l 1  = 
(d)  n <  2 . 
(c)  n >  1  (2004)  4000  Å  and l 2  =  5000  Å,  then  ratio  of  their  respective 

resolving  powers  (corresponding  to l 1  and l 2)    is 

27.  The  angle  of  incidence  at  which  reflected  light  in  totally  (a)  16 : 25  (b)  9 : 1 

polarized for reflection from air to glass (refractive index n),  (c)  4 : 5  (d)  5 : 4.  (2002) 

is  35.  If two mirrors are kept at 60° to each other, then the number 
(a)  sin –1(  n) 
(c)  tan –1(  1/n)  (b)  sin– 1(  1/n)  of  images formed by them is 
(d)  tan– 1 (n). 
(a)  5  (b)  6 

(2004)  (c)  7  (d)  8.  (2002) 

Answer  Key 

1.  (d)  2.  (a)  3.  (d)  4.  (d)  5.  (c)  6.  (c) 
7.  (c)  8.  (b)  9.  (b)  10.  (a)  11.  (b)  12.  (c) 
13.  (c)  14.  (d)  15.  (d)  16.  (c)  17.  (a)  18.  (b) 
19.  (*)  20.  (d)  21.  (c)  22.  (c)  23.  (a)  24.  (a) 
25.  (a)  26.  (b)  27.  (d)  28.  (b)  29.  (b)  30.  (c) 
31.  (d)  32.  (b)  33.  (a)  34.  (d)  35.  (a)

Optics  91 

1.  (d): According to lens  maker’s  formula  5.  (c) : Here,  A2   =  2A 1 
. . .  Intensity µ  (Amplitude) 2 
1 1) êëé 1 1  ù
f = (m - R1 - R2 ûú  I2 æ A2 ö 2 æ 2A A11   ö÷ø 2 
I1 èç A1 ÷ø èç
\ = = = 4 

As the lens  is plano­convex

\  R 1  =  R,  R 2  = ¥  I2 = 4 I1 



I1 + I2 
1  (m - 1)  ( ) Maximum intensity, Im  =
f R
\ =  ( ) ( ) 2 2 

= I1 + 4I1 = 3 I1 = 9 I1 

or  f = R  ...(i)  I m 
(m - 1)  9 
or  I1  =  ...(i) 

As  speed of  light  in the  medium of lens  is 2 ×  10 8  m/s  Resultant intensity,  I = I1 + I2 + 2 I1I2  cos f 

\ m = c  = 3 ´ 108  m/s  = 3  ...(ii)  = I1 + 4I1 + 2 I1(4I1 ) cos f 
v 2 ´ 108  m/s  2 
= 5I1   +  4I 1 cosf =  I 1  +  4I 1  +  4I 1c  osf 
If r is the radius and t is the thickness of lens (at the centre),  = I 1  +  4I 1 (1 +  cosf)

the radius of curvature R of its curved surface in accordance  f ( ) Q f
2 2 
with figure  will  be  given  by  = I1 + 8I1 cos2 1 + cos f = 2 cos 2 

R2   =  r 2  +  (R –  t) 2  ( ) = I1  1 + 8cos 2 f2 

R2   =  r2   +  R 2  +  t 2  –  2Rt 

2Rt  =  r2   +  t 2  Putting  the  value  of  I 1  from  eqn. (i),  we  get

r 2  ( ) I = I m  f
R = 2t  (Q  r >> t )  9 1 + 8 cos 2  2 

Here, r = 3 cm, t =  3 mm = 0.3 cm 

(3 cm ) 2  6.  (c)  :  1 cm 
´ 0.3 cm 
\ R = 2 = 15 cm  Film 

On substituting  the  values of  m  and  R  from  Eqs. (ii)  and  O 

(iii) in (i), we  get 

f  = 15 cm  = 30 cm.  2.4 m  12 cm 
(1.5 - 1)

2.  (a)  :  When  the  screen  is  placed  perpendicular  to  the  line  According to thin lens  formula 
joining the  sources,  the fringes  will be  concentric  circles. 
1 = 1 -  1 
f v u

3.  (d)  :  Intensity  of  light  after  passing  polaroid  A  is  Here, u = – 2.4 m = – 240 cm,  v = 12 cm 

I1  =  I 0  \ 1 = 1 - 1 = 1 + 1 
2  f 12 (- 240) 12 240 

Now  this  light  will  pass  through  the  second  polaroid  B  1 = 21 or f  =  22410  cm 
f 240
whose  axis  is  inclined  at  an  angle  of  45°  to  the  axis  of 

polaroid A.  So  in  accordance  with  Malus  law,  the  inten‑  When a  glass plate is interposed  between lens and film, so 

sity  of  light  emerging  from  polaroid  B  is shift produced by it  will be

( )( ) I2 = I1 cos2 45°  = I0 1  2  I 0  ( ) ( ) ( ) Shift 1 1 2 = 31  cm 
2 2  4  m  1.5 3
=  = t 1- = 1 1 - =1 1-

4.  (d)  : The graph  between  angle  of  To get image at film, lens should form image  at distance 
deviation(d) and angle of incidence (i) 
1 335  cm 
for  a  triangular  prism  is  as  shown in  v¢ = 12 - 3 =

the adjacent  figure.  Again  using  lens  formula

92  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

\ 21 = 3 - 1  or  1 = 3 - 21 = 1 é3 - 21 ù If q c  has  to  be  the  critical  angle,  qc = sin -1  1 
240 35  u¢  u¢  35 240 5 ë7 48 û m 

1 1 é144 - 147 ù 1 3  But qc   = 90°  – f, q i  = q. 
u¢ 5 ëê 336 ûú u¢  1680 
= or  = - sin qi  2 sin q m 
sin f 3  cos qc m2 - 1
= m = Þ = m.  1 

u¢  =  –  560  cm  =  –  5.6  m  qc
|u¢| = 5.6 m 
But 

7.  (c)  m2 -1 m2  - 1 
m m
cosqc = \ sin q = m = m2  - 1. 

8.  (b) : 

( ) \ q = sin-1 1 
34 - 1 = sin -1  3

So  that qc   is making  total internal reflection. 

15.  (d) : According to the  new cartesian  v is +ve 

r system used in schools,  1 - 1 =  1  for 
Here, A = 6 3 i^ + 8 3 j^  - 10 k^  v u f

a convex  lens.  f 

cos i = 10 = 10  u  has  to  be  negative.  u negative 
20 
(6 3 )2 + (8 3) 2  + (-10) 2  If v = ¥, u  =  f  and if u = ¥, v = f. 

A  parallel  beam  (u  = ¥)  is  focussed  at  f  and  if 

( ) cosi 1 1  the  object  is  at  f,  the  rays  are  parallel.  The  point  which 
= 2 or i = cos-1  2  = 60 ° 
meets the curve at  u =  v gives 2f. Therefore v is +ve, u  is 

Using Snell’s law, m1 s  ini = m2  sinr  negative, both are symmetrical and this curve satisfies all 

the  conditions  for  a  convex  lens. 

2 sin 60° = 3 sin r Þ r = 45°    16.    (c)  :  Power  of  combination  =  P 1  +  P2  
=  –  15  D  +  5  D  =  –  10  D. 
9.  (b) 

10.  (a) : As the beam is initially parallel, the shape of wavefront  Focal  length  of  combination  F  = 1 = 1 D 
is planar.  P - 10

=  –  0.1  m  =  –  10  cm. 

11.  (b) :  Given m  = m 0  + m 2 I  17.  (a) : In Young’s double slit experiment intensity at a point is 

As  m =  Speed of light in vacuum  given  by 
Speed of light in medium
I0 cos 2 çæè fö
c  c c  I = 2 ÷ø 
v m m0 + m 2 I
m =  or  v = =

As the intensity is maximum on the axis of the beam, therefore  where f =  phase difference, I 0  = maximum intensity 

v  is minimum on the  axis  of the  beam.  or  I  = cos 2 çæè fö ...  (i) 
I 0  2 ÷ø 

12.  (c)  Phase  difference  f = 2 p ´ path difference
l
13.  (c)  :  For  interference,  by  Young’s  double  slits,  the  path 
\  f = 2p ´ l or  f =  p ... (ii) 
xd  xd  (2n + 1) l2  l  6 3
difference  D = n l  for  bright  fringes  and  D =
Substitute  eqn.  (ii)  in  eqn.  (i),  we  get 

for  getting  dark  fringes.  I  = cos 2 çæè 6p ÷öø  I  =  3 
I 0  I 0  4 . 
The central fringes when x = 0, coincide for all wavelengths.  or 

The  third  fringe  of l1   =  590  nm  coincides  with  the  fourth  18.  (b)  : Angle  of  minimum  deviation  D  =  A(m  –  1) 
bright  fringe of unknown wavelength l. 

\  xd  =  3  ×  590  nm  =  4 ×  l  nm  D1 for red = mR  -1 
D D2  for blue mB  - 1 

\ l = 3 ´ 590  = 442.5 nm .  Since mB   > mR   ,
4
D1   < 1 
f qc  m = ref. index of the rod \  D2 

14.  (d)  : q \  D 1  <  D2  .

Optics  93 

19.  (*  )   :  1= (a m g  - 1) èçæ 1 - 1  ö Hence  intensity  remains  constant  at  I 0 
fa  R1 R2 ÷ø  I  =  I 0  (1)  =  I0  . 

1 = (l m g  - 1) çèæ 1 - 1  ö 24.  (a)  :  Straight  line  fringes  are  formed  on  screen. 
fl  R1 R2 ø÷
25.  (a)  :  A  plano­convex  lens  behaves  like  a  concave  mirror 
\  f a  = (l m g - 1) = (m g / ml ) - 1  when  its  curved  surface  is  silvered.
fl (a m g  - 1)  (m g  - 1)  \  F  of  concave  mirror  so  formed 

= mg - ml  = 1.5 -1.6  = R = 2 ´3 01 .5 = 10 cm 
ml (mg -1) 1.6 (1.5 - 1)  2m

or  Pl   = - 0.1 = -1  To form an image of object size, the object should be placed 
Pa  1.6 ´ 0.5 8  at  (2F)  of  the  concave  mirror.
\  Distance  of  object  from  lens  =  2  ×  F 
Þ  Pl  = - Pa   = - ( -5)  = 85  
8 8 =  2  ×  10  =  20  cm. 

or    Optical  power  in  liquid  medium  = 85  Dipotre.  26.  (b)  :  Total  internal  reflection  occurs  in  a  denser  medium 
N.B. : This answer is not given in the four options provided  when  light  is  incident  at  surface  of  separation  at  angle 
exceeding  critical  angle  of  the  medium. 
in  the  question.  Given  :  i  =  45°  in  the  medium  and  total internal  reflection 
occurs  at  the  glass  air  interface
20.  (d)  :  For  total  internal  reflection, 

m = 1 Þsin qC  = 1 = 3  \  n > 1 > 1  > 2 . 
sin qC m 4  sin C sin 45°   

\  tan qc  = sin qc  27.  (d) : According to Brewster's law of polarization, n = tan i p 
1 - sin 2 q c where  ip   is  angle  of  incidence
\  ip   =  tan –1 (n). 

= 3/ 4 = 3 ´ 4 = 3  28.  (b)  :  For  interference  maxima,  dsinq  =  nl
9 4  7 7  \  2lsinq  =  nl 
1 - 16

or  sin q =  n

R  3 Þ R = 36  cm. 
\  12  = 7 7  This  equation  is  satisfied  if  n  =  –2,  –1,  0,  1,  2. 

21.  (c)  :  Resolution  limit  = 1.2d2 l sinq  is  never  greater  than  (+1),  less  than  (–1)

\  Maximum  number  of  maxima  can  be  five. 

Again  resolution  limit  = sin q = q = y  29.  (b)  :  n = 360°  - 1 
D q0 

\  y  = 1.2d2 l \  3 = 360°  - 1 Þ 4q° = 360°Þ q° = 90°.
D q°

D = yd  y
1.22 l 
or  q 30.  (c) :  The  objective  of  compound  microscope  forms  a  real 

(10-3 ) ´ 10-3 )  D  and enlarged  image. 
(1.22) ´ 10-7 ) 
or  D = ´ (3 = 63.01  » 5 m.  31.  (d) : For interference phenomenon, two sources should emit 
´ (5
radiation of the same frequency and having a definite phase 

22.  (c)  :  Intensity  of  polarized  light  =  I 0/  2 relationship. 
\  Intensity  of  light  not  transmitted 
32.  (b) :  Large  aperture  leads to  high  resolution  of  telescope. 
I0 =  I 0  . 
= I 0  - 2 2 33.  (a)  :  Total  internal  reflection  is  used  in  optical  fibres. 

23.  (a)  :  For  diffraction  pattern  34.  (d)  :  Resolving  power  is  proportional  to l–  1

I = I æ sin f 2  f  denotes  path  difference  \  R.P . for l1 = l2  = 5000 = 5 . 
0 çè f R.P. for l2 l1    4000 4 
ö
÷ where
ø 

For  principal maxima, f  =  0.  Hence  æ sin f ø÷ö = 1 35.  (a)  :  n = 360° -1 = 360°  -1 = 5. 
çè f q° 60 ° 

94  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

CHAPTER  DUAL NATURE OF MATTER 

17  AND RADIATION

1.  The anode voltage of a photocell is kept fixed. The wavelength (c)  Statement­1 is true, Statement­2 is true, Statement­2 is 
l of the light falling on the cathode is gradually changed. The 
plate current I of the  photocell  varies  as  follows  not  the  correct  explanation  of  Statement­1. 

I  I  (d)  Statement­1 is false, Statement­2 is true.  (2011) 

4.  If a source of power 4 kW produces 10 20 photons/second, the 

radiation belongs to a  part of the  spectrum called 

(a) g­rays  (b)  X­rays 

(a)  (b)  (c)  ultraviolet rays  (d)  microwaves  (2010) 
O O
l  l  5.  Statement­1 : When ultraviolet light is incident on a photocell, 
I  I 
its stopping potential is V 0  and the maximum kinetic energy 
(c)  (d)  (2013)  of  the  photoelectrons  is  K max .  When  the  ultraviolet  light  is 
replaced by X­rays, both V0   and Km  ax  increase. 
Statement­2 : Photoelectrons are emitted with speeds ranging 

O l  O l  from  zero  to  a  maximum  value  because  of  the  range  of 

frequencies present in the  incident light. 

2.  This question has Statement 1 and Statement 2. Of the four  (a)  Statement­1 is true,  Statement­2 is false. 

choices given after the  statements, choose the one that best  (b)  Statement­1 is true, Statement­2 is true; Statement­2 is 

describes  the  two  statements.  the  correct explanation  of  Statement­1. 

Statement 1 : Davisson ­ Germer experiment established the  (c)  Statement­1 is true, Statement­2 is true; Statement­2 is 

wave nature  of  electrons.  not  the  correct  explanation  of  Statement­1. 

Statement 2 : If electrons have wave nature, they can interfere  (d)  Statement­1 is false, Statement­2 is true.  (2010) 

and  show  diffraction.  6.  The  surface  of  a  metal  is  illuminated  with  the  light  of 

(a)  Statement 1 is true,  Statement 2 is false.  400 nm. The kinetic energy of the ejected photoelectrons was 

(b)  Statement 1 is true, Statement 2 is  true, Statement 2 is  found  to  be  1.68  eV.  The  work  function  of  the  metal  is 

the  correct  explanation  for  Statement  1.  (hc = 1240 eV  nm) 

(c)  Statement 1 is true, Statement 2 is  true, Statement 2 is  (a)  3.09 eV  (b)  1.41 eV 

not the  correct  explanation  of  Statement  1.  (c)  1.51 eV  (d)  1.68 eV  (2009) 

(d)  Statement 1 is false,  Statement 2 is true.  (2012) 

3.  This question has Statement­1 and Statement­2. Of the four  Directions : Questions  7, 8 and 9 are based  on the  following 
choices given after the  statements, choose the one that best  paragraph. 
describes  the  two  statements  :  Wave property of electrons implies that they will show diffraction 
Statement­1  :  A  metallic  surface  is  irradiated  by  a  effects.  Davisson and  Germer demonstrated  this by  diffracting 
monochromatic  light  of  frequency u  > u 0  (the  threshold  electrons  from  crystals.  The  law  governing  the  diffraction  from 
frequency). The  maximum  kinetic  energy  and  the  stopping  a crystal is obtained by requiring that electron waves  reflected 
potential are Km  ax and V0  respectively. If the frequency incident  from the planes of atoms in a crystal interfere constructively (see 
on  the  surface  is  doubled,  both  the  K max  and  V0   are  also  figure). 
doubled. 
Statement­2 : The maximum kinetic energy and the stopping  (2008) 
potential of photoelectrons emitted from a surface are linearly 
dependent  on  the frequency  of  incident  light.  incoming  i  outgoing 
(a)  Statement­1 is  true, statement­2 is false.  electrons  electrons 
(b)  Statement­1 is  true, Statement­2 is  true, Statement­2 is 
the  correct explanation  of  Statement­1.  d 

crystal plane 

Dual Nature of Matter and Radiation  95 

7.  Electrons  accelerated  by  potential  V are  diffracted  from  a  I  I 

crystal.  If  d  =  1  Å  and  i  =  30°,  V  should  be  about  (a) (b)
(h = 6.6 × 10 –34  Js, m e  = 9.1 × 10 –31  kg, e = 1.6 × 10 –19  C) 
(a)  1000 V  (b)  2000 V  (c)  50 V  (d)  500 V.  O  O 

l  l 

8.  If a strong diffraction peak is observed when electrons are 

incident at an angle i from the normal to the crystal planes 

with  distance  d  between  them  (see  figure),  de  Broglie  I  I 

wavelength l dB  of  electrons  can  be  calculated  by  the  (c) (d) .  (2006) 
relationship (n is an  integer) 
O  l  O  l 

(a)  d cosi  =  nl dB  (b)  d sini  =  nl dB  13.  The  threshold  frequency for a  metallic  surface  corresponds 
(c)  2d  cosi =  nl dB  (d)  2d sini =  nl dB 

9.  In an experiment, electrons are made to pass through a narrow  to  an  energy  of  6.2  eV,  and  the  stopping  potential  for  a 
slit  of  width  d  comparable  to their  de  Broglie wavelength. 
They are detected on a screen at a distance D from the slit.  radiation incident on this surface 5 V. The incident radiation 

lies  in 

(a)  X­ray  region  (b)  ultra­violet  region 

(c)  infra­red  region  (d)  visible  region.  (2006) 

14.  The  time  by  a  photoelectron  to  come  out  after  the  photon 

d  y =0  strikes is  approximately 

(a)  10– 1  s  (b)  10– 4  s 

D  (c)  10– 10  s  (d)  10– 16  s.  (2006) 

Which of the following graphs can be expected to represent  15.  If the kinetic energy of a free electron doubles, its de Broglie 
the number of electrons N detected as a function of the detector  wavelength  changes  by  the  factor 
position y  (y = 0 corresponds to  the  middle  of  the  slit)? 
(a)  1/ 2  (b)  2  (c)  1/2  (d)  2.  (2005) 
y  y 
16.  A photocell is illuminated by a small bright source placed 1 m 

away. When the same source of light is placed (1/2) m away, 

(a)  N  d  (b)  N  d  the  number  of  electrons  emitted  by  photocathode  would 

(a)  decrease  by  a  factor  of  2 

(b)  increase  by  a  factor  of  2 

y  (c)  decrease  by  a  factor  of  4 

(d)  increase  by  a  factor  of  4  (2005) 

(c)  (d)  N  d  17.  A  charged  oil  drop  is  suspended  in  a  uniform  field  of 

3 × 104    V/m so that it neither falls nor rises. The  charge on the 

drop will be (take the mass of the charge = 9.9 × 10– 15  kg and 

10.  If gE   and gM   are the accelerations due to gravity on the surfaces  g =  10 m/s 2)   
of  the  earth  and  the  moon  respectively and  if Millikan’s  oil 
drop experiment could be performed on the two surfaces, one  (a)  3.3  ×  10 –18  C  (b)  3.2  ×  10 –18  C 
will  find  the  ratio 
(c)  1.6  ×  10 –18  C  (d)  4.8  ×  10 –18  C.  (2004) 

18.  The  work  function  of  a  substance  is  4.0  eV.  The  longest 

electronic charge on the moon  wavelength  of  light  that  can  cause  photoelectron  emission 
electronic charge on the earth  to be 
from  this  substance  is  approximately 

(a)  g M /gE    (b)  1  (a)  540  nm  (b)  400  nm 
(c)  0  (d)  gE   /gM   
(2007)  (c)  310  nm  (d)  220  nm.  (2004) 

11.  Photon of frequency u has a  momentum associated with it.  19.  According  to  Einstein’s  photoelectric  equation,  the  plot  of 
the  kinetic  energy  of  the  emitted  photo  electrons  from  a 
If c is the velocity of  light, the  momentum is  metal vs the frequency, of the incident radiation gives a straight 
line  whose  slope 
(a)  hu/c  (b) u/c  (a)  depends  on  the  nature  of  the  metal  used 
(b)  depends  on  the  intensity  of  the  radiation 
(c)  huc  (d)  hu/c 2  (2007)  (c)  depends  both  on  the  intensity  of  the  radiation  and  the 
metal  used
12.  The  anode  voltage  of  a  photocell  is  kept  fixed.  The 
wavelength l of the light falling on the cathode is gradually 
changed. The plate current I of the photocell varies as follows 

96  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

(d)  is the same for all metals and independent of the intensity  v12  v22  2 h ( 1 
m
of  the  radiation.  (2004)  (c)  + = f1 +  f 2 )  (d)  v1 - v2 = êéë2m h ( f1 - f 2 )ûúù 2 . 

20.  Two  identical photocathodes  receive  light  of  frequencies  f 1  (2003) 

and  f 2 .  If  the  velocities  of  the  photoelectrons  (of  mass  m)  21.  Sodium and copper have work functions 2.3 eV and 4.5 eV 

coming  out  are  respectively  v 1  and  v 2 ,  then  respectively.  Then  the  ratio  of  the  wavelengths  is  nearest  to 

v12  v22  2 h ( 1  (a)  1 : 2  (b)  4 : 1  (c)  2 : 1  (d)  1 : 4.
m
(a)  - = f1 -  f 2 )  (b)  v1 + v2 = êëé2m h ( f1 + f 2 ) ùûú 2  (2002) 

Answer  Key 

1.  (a)  2.  (b)  3.  (d)  4.  (b)  5.  (a)  6.  (b) 
7.  (c)  8.  (c)  9.  (a)  10.  (b)  11.  (a)  12.  (c) 
13.  (b)  14.  (c)  15.  (a)  16.  (d)  17.  (a)  18.  (c) 
19.  (d)  20.  (a)  21.  (c)

Dual Nature of Matter and Radiation  97 

1.  (a)  m e  = 9.1 × 10 –31  kg,  e = 1.6 × 10 –19  C. 
Bragg’s equation for X­rays, which is also used in electron 
2.  (b)  :  Davisson­Germer  experiment  showed  that  electron  diffraction gives  nl  = 2d  sinq. 
beams can undergo diffraction when passed through atomic 
crystals. This shows  the wave nature of  electrons as waves  \ l = 2 ´1(A° ) ´ sin 60 ° (assuming first order) 
can  exhibit  interference  and  diffraction.  1

3.  (d)  : The maximum kinetic  energy  of  the  electron  l =  3 A° , V = (12.27 ´10-10 ) 
Km  ax  =  hu  –  hu0   3 ´ 10 -10 
Here, u 0  is  threshold  frequency. 
The stopping potential  is  V  =  50.18  Volt. 
eV 0  =  K max  =  hu –  hu 0 
Therefore, if u  is  doubled  K max  and  V 0  is  not  doubled.  8.  (c) : Bragg’s relation nl = 2d sinq for having an intensity 
maximum  for  diffraction  pattern.
4.  (b) :  Here, 

Power of a  source,  P = 4  kW =  4 ×  10 3 W  q 

Number  of photons  emitted  per  second,  N  =  10 20  But as the angle  of incidence is given, 
nl  = 2d cosi  is the formula for finding a peak. 
Energy  of  photon,  E = hu = hc  9.  (a) : The electron diffraction pattern from a single slit will 
l  be  as  shown  below.

. . .  E =  P  d 
N

hc = P  D 
l  N

or  l = Nhc  = 1020 ´ 6.63 ´ 10-34 ´ 3 ´ 108  
P 4 ´ 103  

= 4.972 × 10 –9  m  = 49.72  Å 

It  lies in the  X­ray region. 

5.  (a)  :  According  to  Einstein’s  photoelectric  equation 

Km  ax  =  hu  – f 0 

where, x 

u =  frequency of  incident  light d sinq = 2lp . 
The line of maximum intensity for the zeroth order will exceed 
f 0  =  work  function  of  the  metal  d  very  much. 

Since K max  =  eV 0 

V0   = hu  -  f0  10.  (b) : Since electronic charge (1.6 × 10 –19 C) universal constant. 
e e It does not  depend on g.
\  Electronic  charge on the  moon =  electronic 
As u X­rays  > uU  ltraviolet  charge  on  the  earth 

Th er efore,  b ot h K max  an d V 0  in cr ea s e wh en ultraviolet light 

is  replaced  by  X­rays.  electronic charge on the moon 
or  electronic charge on the earth  = 1. 
Statement­2  is  false. 

6.  (b)  : The wavelength of light illuminating the photoelectric  11.  (a) : Energy of a photon E= hu  ...  (i) 
surface  =  400  nm.  Also E =  pc  ... (ii) 
where  p  is  the  momentum  of  a  photon 
i.e., hu = 1240 eV nm  = 3.1 eV .  From  (i)  and  (ii),  we  get 
400 nm 

Max.  kinetic energy  of the  electrons  = 1.68  eV.  hu = pc  or  p = hc u . 

hu =  Wf  +  kinetic  energy 12.  (c)  :  The  graph  (c)  depicts  the  variation  of l  with  I. 
\  Wf,   the work  function  =  hu  –  kinetic  energy 

=  3.1  –  1.68 eV  =  1.42  eV. 

7.  (c) :  For electron diffraction,  d  = 1  Å,  i  = 30°  13.  (b)  :  For  photo­electron  emission, 
i.e., grazing angle q = 60°,  h = 6.6 × 10 –34  J s.  (Incident  energy  E)  =  (K.E.) max  +  (Work  function f)

98  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

or  E  =  K m  + f  18.  (c)  :  Let l m  =  Longest  wavelength  of  light
or  E  =  5  +  6.2  =  11.2  eV 
\  hc = f (work function) 
=  11.2  ×  (1.6  ×  10 –19 )  J lm 

\  hc = 11.2 ´1.6 ´ 10 -19  \  lm  = hc = (6.63´10-34 ) ´ (3´108 ) 
l  f 4.0 ´1.6 ´ 10-  19 

(6.63´10-34 ) ´ (3´108 )  or l m  =  310  nm. 
or  l = 11.2 ´1.6 ´ 10-19  m 
19.  (d)  :  According  to  Einstein's  equation, 
or l  =  1110  ×  10 –10  m  =  1110  Å.  Kinetic energy = hf – f where kinetic energy and f (frequency) 
are  variables,  compare  it  with  equation,  y  =  mx  +  c 
The  incident  radiation  lies  in  ultra  violet  region. 

14.  (c)  :  Emission  of  photo­electron  starts  from  the  surface  Kinetic energy 
after  incidence  of  photons  in  about  10 –10  sec. 

15.  (a)  :  de  Broglie  wavelength  l = h / p = h / (2mK ) 

\  l =  h  where  K  =  kinetic  energy  of  q  f
2 mK f

particle

\  l2 = K1 = K1   = 1  .  Work function
l 1 K2 2 K1  2 
\  slope  of  line  =  h 
16.  (d)  :  P of source  = P  h  is  Planck's  constant. 
I = 4p(distance)2 4 pd  2  Hence  the  slope  is  same  for  all  metals  and  independent  of 
the  intensity  of  radiation. 
Here, we assume light to spread uniformly in all directions.  Option  (d) represents  the  answer. 

Number of photo­electrons  emitted from a  surface  depend  20.  (a) : For photoelectric effect, according to Einstein's equation, 
Kinetic energy of emitted electron = hf  – (work function f)
on  intensity  of  light  I  falling  on  it.  Thus  the  number  of  \  12  mv12  = hf1 - f 
12  mv22  = hf2  - f
electrons emitted n depends directly on I. P remains constant  \  12  m(v12 - v22 ) = h ( f1 - f2 ) 
\  v12 - v22  = 2m h ( f1 -  f 2 ). 
as  the  source  is  the  same.
21.  (c)  :  Work  function  =  hc/l 
\  I2 = n2 Þ P2 æ d1 ö2  = n2    W Na  = 4.5 = 2 . 
I1 n1 P1 èç d2 ÷ n1  WCu  2.3 1 
ø

\  n2   = çæè PP ø÷ö çæè 1 ø÷ö 2  = 14  . 
n1  1/2

17.  (a)  :  For  equilibrium  of  charged  oil  drop, 

qE  =  mg

\  q = mg  = (9.9 ´10-15 ) ´ 10 = 3.3 ´10-18 C. 
E ( 3 ´ 104 ) 

Atoms and Nuclei  99 

CHAPTER  ATOMS AND NUCLEI

18 

1.  In  a  hydrogen  like  atom  electron  makes  transition  from an  A - Z - 4  A - Z  - 8 
(a)  Z - 2  (b)  Z - 4 
energy level with quantum number n to another with quantum 
A - Z - 4  A - Z  - 12 
number (n – 1). If n > > 1, the frequency of radiation emitted  (c)  Z - 8  (d)  Z - 4 

is  proportional  to  (2010) 

1  (b)  1  1  1
(a)  n 3  n  (c)  n 2  (d)  n 3/2 
Directions  :  Questions number  8­9 are  based  on  the  following 
(2013)  paragraph. 

2.  Hydrogen atom is excited from ground state to another state  A nucleus of mass M + Dm is at rest and decays into two daughter 

with principal quantum number equal to 4. Then the number 

of spectral lines in the emission spectra  will  be  nuclei  of  equal  mass  M  each.  Speed of light is c. 

(a)  3  (b)  5  (c)  6  (d)  2 

(2012)  8.  The  speed of daughter nuclei is 

3.  Assume that a neutron breaks into a proton and an electron.  c  Dm  c M Dm 
M + D m + D m
The energy released during  this process is  (a)  (b) 

(Mass of neutron = 1.6725 ×  10– 27  kg 

Mass of proton  = 1.6725 × 10– 27 kg  (c)  c  2 D m  (d)  c  D m  (2010) 
M M
Mass of electron =  9 ×  10– 31  kg) 

(a)  7.10 MeV  (b)  6.30 MeV  9.  The binding energy per nucleon for the parent nucleus is E 1 

(c)  5.4 MeV  (d)  0.73 MeV  (2012)  and that for the daughter nuclei  is  E 2 . Then 

4.  A diatomic molecule is made of two masses m 1 and m2  which  (a)  E1   =  2E2   (b)  E2   =  2E 1 
are  separated by  a  distance  r.  If  we  calculate  its  rotational 
energy  by  applying  Bohr’s  rule  of  angular  momentum  (c)  E1   >  E2   (d)  E2   >  E 1  (2010) 
quantization, its energy will be  given by (n is  an integer) 
10.  The transition from the state n = 4 to n = 3 in a hydrogen like 

atom results in ultraviolet radiation.Infrared radiation will be 

(a)  n2h 2  (b)  2n  2h 2  obtained in the  transition from 
2(m1 + m2 ) r 2  (m1 + m2 ) r2 
(a)  2 ®  1  (b)  3 ® 2 
(d)  (m1 + m2 ) 2 n2h 2 
(c)  (m1 + m2 ) n2h 2  2 m12m22 r 2  (2012)  (c)  4 ®  2  (d)  5 ® 4  (2009) 
2 m1m2 r 2 

5.  Energy  required  for the  electron excitation  in Li+  +  from the  11.  Eb   B  C  D  E 

first to the  third Bohr orbit  is  A  F 

(a)  12.1 eV  (b)  36.3 eV 

(c)  108.8 eV  (d)  122.4  eV  (2011)  M 

6.  The  half life of a  radioactive  substance  is  20  minutes.  The  The above is a plot of binding energy per nucleon Eb ,  against 
the nuclear mass M; A, B, C, D, E, F correspond to different 
approximate time interval (t2   – t 1)   between the time t 2  when  nuclei.  Consider four  reactions: 

2  of  it has decayed and time t 1  when  13  of it had  decayed  is  (i)  A + B ® C + e  (ii)  C ® A + B + e 


(a)  7 min  (b)  14  min 

(c)  20 min  (d)  28  min  (2011)  (iii) D + E ® F + e  (iv)  F ® D +  E + e 

7.  A  radioactive  nucleus  (initial  mass  number  A  and  atomic  where e is the energy released? In which reactions is e positive? 
number Z) emits 3a­particles  and  2  positrons. The ratio of 
number  of  neutrons  to  that  of  protons  in  the  final  nucleus  (a)  (i) and (iv)  (b)  (i) and (iii) 
will  be 
(c)  (ii) and (iv)  (d)  (ii) and (iii)  (2009) 

100  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

Directions : Question 12 contains statement­1 and statement­2.  19.  The ‘rad’ is the correct unit used to report the measurement of 
Of the four choices given, choose the one that best describes the 
two statements.  (a)  the  rate  of  decay  of  radioactive  source 
(a)  Statement­1 is true, statement­2  is false. 
(b)  Statement­1 is false, statement­2  is true.  (b)  the ability of a beam of gamma ray photons to produce 
(c)  Statement­1  is true,  statement­2  is  true;  statement­2  is  a 
ions  in  a  target 
correct  explanation  for  statement­1. 
(d)  Statement­1 is true, statement­2 is true; statement­2 is not a  (c)  the  energy  delivered  by  radiation  to  target 

correct  explanation  for  statement­1.  (d)  the  biological  effect  of  radiation.  (2006) 

20.  When 3 Li7  nuclei are bombarded by protons, and the resultant 
nuclei  are  4B  e8 ,   the  emitted  particles  will  be 

(a)  neutrons  (b)  alpha  particles 

12.  Statement­1 : Energy is released when heavy nuclei undergo  (c)  beta  particles  (d)  gamma  photons.  (2006) 

fission  or  light nuclei  undergo  fusion.  21.  The energy spectrum of b­particles [number N(E) as a function 
of b­energy  E]  emitted  from  a  radioactive  source  is 
Statement­2 : For heavy nuclei, binding  energy per nucleon 

increases with increasing Z while for light nuclei it decreases 

with increasing  Z.  (2008)  N(E )  N(E ) 

13.  Suppose an electron is attracted towards the origin by a force  (a)  (b) 

k/r where k is a constant and r is the distance of the electron  E 0  E  E 
E 0 
from the origin. By applying Bohr model to this system, the 
radius of the nt h  orbital of the electron is found to be r n and  (c)  N(E )  N(E )  .  (2006) 
the  kinetic  energy  of  the  electron  to be T n.   Then which  of 
the  following is  true?  (d) 

1 ,  µ n 2  1  rn  µ n 2  E 0  E  E 0  E 
n n 2  , 
(a)  Tn µ rn  (b)  Tn µ 22.  An alpha nucleus of energy  1  mv 2  bombards a heavy nuclear 

(c)  Tn   independent  of  n,  rn  µ  n 
target  of charge  Ze. Then  the distance  of  closest  approach 
1 , 
(d)  Tn µ n rn  µ n  (2008)  for  the  alpha  nucleus  with  be  proportional  to 

(a)  1/Ze  (b)  v 2  (c)  1/m  (d)  1/v4  .  (2006) 

14.  Which of the following  transitions in  hydrogen atoms emit  23.  A nuclear transformation is denoted by X(n, a) 37  Li . Which 
of  the  following  is  the  nucleus  of  element X? 
photons of  highest  frequency  ? 

(a)  n = 1 to n = 2  (b)  n =  2 to n = 6 

(c)  n = 6 to n = 2  (d)  n =  2 to n = 1  (2007)  (a)  95  B  (b)  141  Be  (c)  162  C  (d)  105  B  (2005) 

15.  The half­life period of a radio­active element X is same as the  24.  The  diagram shows  the energy  levels  for  an  electron  in  a 

mean life time of another radio­active element Y. Initially they  certain atom. Which transition shown represents the emission 

have the same number of  atoms. Then  of  a  photon  with  the  most  energy? 

(a)  X and Y decay at same rate always  n = 4 
n = 3 
(b)  X will decay faster  than Y 

(c)  Y will decay faster than  X 

(d)  X and Y have same  decay rate initially  (2007)  n = 2 

16.  In gamma ray emission from a nucleus 

(a)  only the proton  number  changes 

(b)  both the neutron number and the proton number change 

(c)  there is no change in the proton number and the neutron  n = 1 
III  IV 
number  I  II 
(c)  III  (d)  IV 
(d)  only the neutron  number  changes  (2007)  (a)  I  (b)  II  (2005) 

17.  If M O  is the mass of an oxygen isotope 8O   17,  MP   and MN    are  25.  Starting  with  a  sample  of  pure  66 Cu,  7/8  of  it  decays  into 
the masses of a proton and a neutron respectively, the nuclear 
Zn  in  15  minutes. The  corresponding  half­life  is 
binding energy of the isotope  is 
(b)  7 12  minutes 
(a)  (MO    –  17 M N)   c2   (b)  (M O  –  8 MP  )   c 2  (a)  5 minutes  (d)  14  minutes  (2005) 
(c)  (MO    –  8 M P  –  9 MN   ) c 2  (c)  10  minutes 
(d)  MO   c2  
(2007)  26.  The intensity of gamma radiation from a given  source is I. 

18.  If the binding energy per nucleon in  37  Li  and  42  He  nuclei are  On passing through 36 mm of lead, it is reduced to I/8. The 
5.60  MeV  and  7.06  MeV  respectively,  then  in  the  reaction  : 
thickness of lead which will reduce the intensity to I/2 will be 

p + 7 Li ® 2 42  He ,  energy  of  proton  must  be  (a)  18  mm  (b)  12  mm 
3

(a)  39.2 MeV  (b)  28.24  MeV  (c)  6 mm  (d)  9 mm  (2005)

(c)  17.28 MeV  (d)  1.46  MeV.  (2006) 

Atoms and Nuclei  101 

27.  If radius of the  1237  Al  nucleus is estimated to be 3.6 fermi  [Boltzmann's  constant  k  =  1.38  ×  10 –23  J/K] 
(a)  10 7  K  (b)  105   K  (c)  103   K  (d)  109   K.  (2003) 
then the radius  of  12552 Al  nucleus be  nearly 

(a)  4  fermi  (b)  5  fermi  35.  Which  of  the  following  cannot  be  emitted  by  radioactive 

(c)  6  fermi  (d)  8  fermi  (2005)  substances  during  their  decay? 

28.  An a­particle of energy 5 MeV is scattered through 180° by  (a)  protons  (b)  neutrinos 

a fixed uranium nucleus. The distance of the closest approach  (c)  helium  nuclei  (d)  electrons.  (2003) 

is  of  the  order  of  36.  A  nucleus  with  Z  = 92  emits  the  following in  a  sequence:
a, a, b – , b – , a, a, a, a, b – , b –,  a, b +,  b +,  a.  The  Z  of  the 
(a)  1  Å  (b)  10– 10  cm  resulting  nucleus  is 
(a)  76  (b)  78  (c)  82  (d)  74.  (2003) 
(c)  10– 12  cm  (d)  10– 15  cm.  (2004) 

( ) 29.  The binding energy per nucleon of deuteron 12  H  and helium  37.  A radioactive sample at any instant has its disintegration rate 
( ) nucleus 42  He  is 1.1 MeV and 7 MeV respectively. If two 
5000 disintegrations per minute. After 5 minutes, the rate is 
deuteron nuclei react to form a  single helium nucleus, then 

the  energy  released  is  1250  disintegrations  per  minute.  Then,  the  decay  constant 

(a)  13.9 MeV  (b)  26.9  MeV  (per  minute)  is 

(c)  23.6 MeV  (d)  19.2  MeV.  (2004)  (a)  0.4  ln 2  (b)  0.2  ln 2 

30.  A  nucleus disintegrates  into  two  nuclear  parts  which  have  (c)  0.1  ln 2  (d)  0.8  ln 2.  (2003) 

their velocities in the  ratio  2  :  1. The  ratio  of  their  nuclear  38.  When U 238  nucleus originally at rest, decays by emitting an 
alpha particle having a speed u, the recoil speed of the residual 
sizes  will  be  nucleus  is 
(a)  2 1/3  :  1  (b)  1  :  31 /2  (c)  31 /2  :  1  (d)  1 : 21 /3.   (2004) 

31.  If the  binding energy  of the  electron in  a hydrogen  atom is  (a)  4u    (b)  - 243u 4  (c)  4u    (d)  - 243u 8 .  (2003) 
238  234 
13.6 eV, the energy required to remove the electron from the 

first  excited  state  of  Li+  +  is  39.  Which of the following radiations has the least wavelength? 

(a)  30.6  eV  (b)  13.6  eV  (a) g­rays  (b) b­rays 

(c)  3.4  eV  (d)  122.4  eV.  (2003)  (c) a­rays  (d)  X­rays.  (2003) 

32.  The wavelengths involved in the spectrum of deuterium  (12  D)  40.  If N0   is the original mass of the substance of half­life period 
are slightly different from that of hydrogen spectrum, because  t 1/2 = 5 years, then the amount of substance left after 15 years 
is 
(a)  size  of  the  two  nuclei  are  different 

(b)  nuclear  forces  are  different  in  the  two  cases  (a)  N 0 /8  (b)  N0  /16  (c)  N 0 /2  (d)  N 0/  4.  (2002) 
41.  If  13.6 eV  energy is required to ionize  the  hydrogen  atom, 
(c)  masses  of  the  two  nuclei  are  different 

(d)  attraction between the electron and the nucleus is different  then  the energy  required to remove an  electron  from  n  =  2 

in  the  two  cases.  (2003)  is 

33.  Which  of  the  following  atoms  has  the  lowest  ionization  (a)  10.2  eV  (b)  0  eV 

potential?  (c)  3.4  eV  (d)  6.8  eV.  (2002) 

42.  At  a  specific  instant  emission  of  radioactive  compound  is 

(a)  147  N  (b)  13535 Cs  (c)  1480  Ar  (d)  186  O.  (2003)  deflected  in  a  magnetic  field.  The  compound  can  emit 

34.  In  the  nuclear  fusion  reaction,  (i)  electrons  (ii)  protons 

2 H +13 H ® 42  He + n  given  that  the  repulsive  potential  (iii) He2  +  (iv)  neutrons 
1
The  emission  at  the  instant  can  be 
energy  between  the  two  nuclei  is  ~  7.7  ×  10 –14  J,  the 
(a)  i,  ii,  iii  (b)  i,  ii,  iii,  iv 
temperature at which the gases must be heated to initiate the 
(c)  iv  (d)  ii,  iii.  (2002) 
reaction  is  nearly 

Answer  Key 

1.  (a)  2.  (c)  3.  (*)  4.  (c)  5.  (c)  6.  (c) 
7.  (c)  8.  (c)  9.  (d)  10.  (d)  11.  (a)  12.  (a) 
13.  (c)  14.  (d)  15.  (b)  16.  (c)  17.  (c)  18.  (c) 
19.  (d)  20.  (d)  21.  (d)  22.  (c)  23.  (d)  24.  (c) 
25.  (a)  26.  (b)  27.  (c)  28.  (c)  29.  (c)  30.  (d) 
31.  (a)  32.  (c)  33.  (b)  34.  (d)  35.  (a)  36.  (b) 
37.  (a)  38.  (b)  39.  (a)  40.  (a)  41.  (c)  42.  (a)

102  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

1.  (a)  : In a hydrogen  like  atom,  when  an electron  makes an  On  rearranging,  we  get 

transition from an energy level with n to n – 1, the frequency  m2r   
m1 + m2 
of  emitted radiation  is  r1   =

u= RcZ 2  é (n 1 - 1  ù m1r   
êë - 1) 2 n 2  úû  m1 + m2 
Similarly,  r2   =

= RcZ 2  é n2 - (n - 1) 2 ù RcZ 2 (2n - 1)  Therefore, the  moment of inertia  can be  written  as 
ëê (n2 )(n - 1)2 úû = n2 (n - 1)

As  n  >  >  1  m1 æçè m2r øö÷ 2 m2   æçè m1m+1 r m  2 ÷öø 2 
m1 + m2
RcZ 2 2n 2 RcZ 2  I = +
n4 n3 
\ u= = 

or  u µ  1  = m1m2   r 2  ...(i) 
n3  m1 + m2 

2.  (c)  : Number of spectral lines  in the emission spectra,  According  to  Bohr’s  quantisation  condition 

n(n - 1)  L = nh 
2  2p   
N = 

Here,  n  =  4 or  L2  = n2h 2  ...(ii) 
4 p 2 

\ N = 4(4 - 1)  = 6  Rotational  energy,  E =  L2  
2  2 I

3.  (*) : Mass defect, Dm  =  m p  + m e  –  m n  E = n2h 2  (Using (ii)) 
= (1.6725  × 10 –27  + 9 × 10 –31  –  1.6725 ×  10 –27 )  kg  8p   2 I

= 9 × 10 –31  kg  = n2h2 (m1 + m2  )  (Using (i))
8p 2 (m1m2 ) r 2 
Energy  released = Dmc 2 

= 9 × 10 –31  × (3  × 10 8 )2   J 

9 ´ 10-31 ´ 9 ´ 101 6  = n2h2 (m1 + m2  )  ( ) Q h = h 
= 1.6 ´ 10-13  MeV  2 m1m2 r 2  2 p

=  0.51  MeV  In the question instead  of h,  h should be given. 
*  None  of the  given  option  is  correct. 

4.  (c) : A diatomic molecule consists of two atoms of masses  5.  (c) :  Using,  E n  = - 13.n62 Z   2  eV 

m 1 and m 2 at a distance r apart. Let r1  and r 2 be the distances  Here, Z =  3  (For Li+  +) 
of  the  atoms from  the  centre  of  mass. 
\  E1  = - 13.(61)( 23  ) 2  eV 
m1    m 2  E 1  = – 122.4  eV 

COM  r2   

r 1  -13.6 ´ (3) 2 
r  (3) 2 

The moment of inertia of this molecule about an axis passing  and  E3  = = -13.6 eV 
through its centre of mass and perpendicular to a line joining 
the  atoms  is  DE =  E3   –  E1   =  – 13.6 +  122.4 = 108.8 eV 

I = m1r12 + m2r2 2   6.  (c)  :  Number of  undecayed atoms  after time t2 ,  
As  m1r1 = m2r2 
or  r1 =  m2   r2   N 0  =  N 0 e - lt 2  ...(i) 
Q  r1 + r2  = r m1  3  ...(ii) 

Number  of undecayed  atoms  after time t 1,  

m2   2  N 0 =  N0 e- lt1  
m1  3 
\ r1 = (r - r1  ) 
Dividing  (ii)  by  (i),  we  get

Atoms and Nuclei  103 

2 = el(t2 -t1  )  or    ln 2 = l(t 2  –  t 1)    Transition  4 ®  3  is  in  Paschen  series.  This  is  not  in  the 
ultraviolet region  but this is in infrared region. 
or  (t2 - t1 ) = ln 2  Transition 5 ® 4 will also be in infrared region  (Brackett). 


As  per  question, t 1/2  =  half life time =  20  min 11.  (a)  : When two nucleons combine to form a third one, and 
energy is released, one has fusion reaction. If a single nucleus 
\  t 2  –  t 1  = 20 min  éëêQ  t1/2  = ln 2 ù splits  into two, one has fission. The possibility of  fusion is 
l ûú more  for  light  elements  and  fission  takes  place  for  heavy 
elements. 
7.  (c) : When a radioactive nucleus emits an alpha particle, its  Out of the  choices  given for fusion, only A and  B  are  light 
elements  and  D  and  E  are  heavy  elements.  Therefore 
mass  number  decreases  by  4  while  the  atomic  number  A + B ® C + e is correct. In the possibility of fission is only 
for  F and  not  C. Therefore 
decreases  by  2.  F ®  D + E  + e is the correct  choice. 

When a radioactive nucleus, emits a b +  particle (or positron 

(e+  )  )  its mass number remains unchanged while the atomic 

number  decreases  by  1. 

\ A X ¾3¾a ® A- -126Y ¾2¾ e +¾®  A - 12  W  12.  (a) : Statement­1 states that energy is released when heavy 
Z Z Z  -8 nuclei  undergo  fission  and  light  nuclei undergo  fusion  is 
correct.    Statement­2  is  wrong. 
In the  final nucleus,  The binding energy per nucleon, B/A, starts at a small value, 
rises to a maximum at 62N  i, then decreases to 7.5 MeV for 
Number of  protons,  Np   =  Z –  8  the  heavy nuclei. The answer is (a). 
Number  of neutrons,  N n  =  A – 12 – (Z –  8) 

=  A  –  Z  –  4 

\ N n  = A - Z  - 4 .  13.  (c)  :  Supposing  that  the  force of  attraction  in  Bohr  atom 
N p  Z  - 8

does not follow inverse square law but inversely proportional 

( ) 8.  M M  ù to r, 
(c) : Mass defect, DM = êéë(M + Dm) - 2 + 2  ûú 
1  e 2  would have  been  = mv 2 
= [M + Dm – M] = Dm  4 pe 0  r r

Energy released, Q = DMc 2  = Dmc2   ...(i)  \ mv 2 = e 2  = k Þ 1 mv 2  = 12  k. 
4pe 0  2
According to law  of  conservation  of  momentum,  we  get 
This is independent of  n. 

(M + Dm) ´ 0 = M ´ v1 - M  ´ v2 or  v1 = v2  From mvrn  = 2n ph  , 
2 2  as mv  is independent of r, r n µ n. 

( ) ( ) Also,Q = 1 M v12 + 1 M  v22  - 12  (M +Dm) ´ (0) 2 
2 2 2 2

=  M  v12   (Q  v1 = v2 )  ...(ii)  14.  (d) :  n = 2  –13.6 eV 
2  2 2 
hu 2 ® 1

Equating equations (i) and (ii), we  get n = 1     – 13.6 eV 

( ) M  v12  = Dm  c2  hu2®1  = -13.6 æ 1 - 1 ö eV 
2  èç 22 12  ÷ø 

v1 2   =  2 Dmc 2  = +13.6 ´ 3 eV = 10.2 eV . 
M 4

2 Dm  Emission is n = 2 ® n = 1 i.e., higher n to lower n. 
M
v1  = c  Transition  from  lower  to  higher  levels  are  absorption  lines. 

9.  (d)  :  After  decay,  the  daughter  nuclei  will  be  more  stable,  -13.6 æ 1 - 1 ÷öø = +13.6 ´ 2 
hence binding energy per nucleon of daughter nuclei is more  çè 62 22  9 
than that  of their  parent nucleus. 
Hence,  E 2  >  E 1.   This is <E n =  2 ® E n =  1.   

15.  (b) : T 1/2,   half life of X = tY   ,  mean life of Y 

ln 2 = 1  Þ lX = lY ln 2 
lX lY
10.  (d)  :  n = 5  Pfund 
n = 4 Brackett  l X > l Y
Balmer  n = 3 Paschen 
Lyman  n = 2 Balmer  \  AX  = A0 e-lX t  ;  AY  =  A0 e-lY t 
n = 1 Lyman 
X  will  decay  fas ter  than  Y. 

16.  (c)  : g­ray  emission  takes  place  due  to  deexcitation  of  the 
nucleus. Therefore during g­ray emission, there is no change 
in  the  proton  and  neutron  number.

104  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

17.  (c) : Binding energy =  [ZMP    +  (A – Z) MN    –  M]c2   26.  (b)  :  Q  I  =  I 0  e –kx Þ  I  = e - kx 
= [8M P  + (17  – 8)  MN    –  MO   ]c2   I 0 
= (8M P  + 9MN    –  M O )c 2 
\  æ I  ö = -kx 
[But the option given is  negative of  this].  ln èç I0 ø÷ 

18.  (c)  :  Binding  energy  of  In  first  case 
37  Li = 7 ´ 5.60 = 39.2 Me V
ln æ 1 ö = -k ´ 36 
Binding  energy  of  42  He = 4 ´ 7.06 = 28.24MeV è 8 ø 
\  Energy  of  proton  =  Energy  of  éë2(42 He) -37   Liùû 
ln  (2 –3)    =  –  k  ×  36 
=  2  ×  28.24  –  39.2 
= 17.28  MeV.  or  3ln2  =  k  ×  36  ........(i) 

19.  (d)  :  The  'rad'  the  biological  effect  of  radiation.  In  second  case,  ln èæ 1 ö = - k ´ x
2 ø 
20.  (d)  :  3 Li7 + 1H1 ® 4 Be 8  + Z X A 
Z  for  the  unknown  X  nucleus  =  (3  +  1)  –  4  =  0  or  ln(2 –1 )  =  –  kx 
A  for  the  unknown  X  nucleus  =  (7  +  1)  –  8  =  0 
Hence  particle  emitted  has  zero  Z  and  zero  A  or  ln2  =  kx  .........  (ii) 
It  is  a gamma  photon. 
From  (i)  and  (ii) 
21.  (d)  :  Graph  (d)  represents  the  variation. 
3 ×  (kx)  =  k  ×  36 
22.  (c) : For closest approach, kinetic energy is converted into 
potential  energy or  x  =  12  mm. 

27.  (c)  :  R  is  proportional  to  A 1/3  where  A  is  mass  number 

3.6  =  R 0  (27) 1/3  =  3R0 ,   for  1237  Al . 
Again  R  =  R0   (125) 1/3,   for  15225   Al
\  R = (33× 6  ) ´ 5 = 6 fermi . 

28.  (c)  :  Kinetic  energy  is  converted  into  potential  energy  at 

1 mv 2  = 1 q1q2   = 1  (Ze)(2e )  closest  approach
2 4pe0 r0 4 pe 0 r0 
\  \  K.E.  =  P.E.

r0   = 4Ze2 = Ze 2  çæè m1  ÷øö \  5 MeV = 1  q1q2  
4 pe0 mv 2 pe 0 v 2  4 pe 0  r
or 

or  r 0  is  proportional  to  çæè m1 ÷öø .  or  5 ´10 6 ´ e = (9 ´109 ) ´ (92e)(2e ) 
r

or  r = 9 ´109 ´ 92 ´ 2 ´ e 
5 ´ 106   
23.  (d)  :  The  nuclear  transformation  is  given  by 

A X + 1 n ® 4He + 7 Li  = 9 ´109 ´ 92 ´ 2 ´ (1.6 ´ 10 -19 ) 
Z  0 2 3  5 ´106 

According  to  conservation  of  mass  number  \  r  =  5.3  ×  10 –14  m  =  5.3  ×  10 –12  cm. 

A  +  1 =  4  +  7 

or  A  =  10  29.  (c)  :  Total  binding  energy  for  (each  deuteron) 
=  2 ×  1.1  = 2.2  MeV 
According  to  conservation  of  charge  number 
Total  binding  energy  for  helium  =  4  ×  7  =  28  MeV
Z  +  0 ®  2  +  3  \  Energy  released  =  28  –(2  ×  2.2) 

or  Z  =  5  =  28  –  4.4  =  23.6  MeV. 

So  the  nucleus  of  the  element  be 105 B  .  30.  (d) :  Momentum is  conserved  during  disintegration

24.  (c)  :  I  is  showing  absorption  photon.  \  m 1v   1  =  m2  v 2  .........(i) 
From rest of three, III  having  maximum  energy  from 
For  an  atom,  R  =  R 0 A1 /3

æ 1 1  ö \  R1 = æ A1   ö1/ 3 
DE  µ ççè n12 - n2 2 ÷÷ø .  R2 çè A2  ÷ø 

N  çæè 12  ÷öøt / T  ö1/ 3 ö1 / 3 
N 0  ÷ø ÷ø 
25.  (a)  :  = = æ m1 = æ m2 v 2  , from  (i)
çè m2 çè m2v1 
÷öø15 / T ö÷ø3 = çèæ 21  ÷øö15/ T
1 çèæ 1 çæè 1
\  8 = 2 Þ 2 R1   æ 1 ö1/ 3  1  . 
R2  è 2 ø  21/ 3 
\  1T5 = 3 Þ T  = 5 min.  \  = =

Atoms and Nuclei  105 

- Z 2 E 0  -(3)2  ´13.6  Disintegration  rate, initially  =  5000
n2 (2 ) 2 
31.  (a)  :  Energy  E 2  = = = -30.6 eV  \  N 0l  =  5000  ...........  (i) 
Disintegration  rate,  finally  =  1250 ...........  (ii)
\  energy  required  =  30.6  eV. 
\  Nl  =  1250 
32.  (c)  :  Masses  of  1 H 1  and  1 D 2  are  different.  Hence  the 
corresponding  wavelengths  are  different.  \  N l = 1250 = 1 
N 0 l  5000 4 

33.  (b) :  15353 Cs  has the lowest ionization potential. Of the four  or  N  = 1 Þ N0 e -5 l = 1 Þ e -5l = (4) -1 
atoms given, Cs has the largest size. Electrons in the outer  N0 4 N0  4 
most orbit are at large distance from nucleus in a large­size 
atom.  Hence  the  ionization  potential  is  the  least.  \  5l  =  ln4  =  2ln2

\  l = 2 ln 2 = 0.4ln 2. 
5
34.  (d) : At temperature T, molecules of a gas acquire a kinetic 

energy  = 3  kT where  k  =  Boltzmann's  constant 38.  (b)  :  Linear  momentum  is  conserved
2  a­particle  =  24H   e 
U 238 ®  X 234  +  He 4
\  To  initiate  the  fusion  reaction 

3 kT = 7.7 ´10-14  J  \  (238 ×  0) =  (238  ×  v)  +  4u 

or  v = -  4u    . 
\  T = 7.7 ´10-14 ´ 2  = 3.7 ´109  K.  234 
3´1.38 ´ 10 -23 
39.  (a) :  Gamma  rays  have  the  least  wavelength. 

35.  (a)  :  Protons  are  not  emitted  during  radioactive  decay. 

36.  (b)  :  The  nucleus  emits  8a  particles  i.e.,  8( 2H  e 4 ) 40.  (a)  :  N  = èçæ 1 ÷öøt / T  = èæç 1 øö÷15/ 5 = æçè 1 ÷øö3  = 1 
N 0  2 2 2 8 
\  Decrease  in  Z  =  8  ×  2  =  16  ........(i) 
\  N  =  N 0/  8. 
Four b –  particles  are  emitted  i.e.,  4( –1b0  )

\  Increase  in  Z  =  4  ×  1  =  4  ........(ii)  41.  (c)  :  En  = 13.6 Þ E 2  = 13.6  = 3.4 eV 
n2 ( 2 ) 2 
2  positrons  are  emitted  i.e.,  2( 1b 0 )

\  Decrease  in  Z  =  2  ×  1  =  2  ......(iii) 42.  (a) : Neutrons are electrically neutral. They are not deflected 

\  Z of resultant  nucleus  =  92  –  16  +  4  –  2  =  78.  by  magnetic  field. 

37.  (a)  :  Let  decay  constant  per  minute  = l  Hence  (a)  represents  the  answer.

106  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

CHAPTER  ELECTRONIC DEVICES

19 

1.  The I­V characteristic  of an  LED is  4.  The  combination of gates shown  below yields
(a)  (b) 
A



B

(a)  NAND gate  (b)  OR gate  (2010) 
(c)  NOT gate  (d)  XOR gate 

5.  The logic circuit shown below has the input waveforms ‘A’ 
and ‘B’ as shown. Pick out the correct  output waveform. 

(c)  (d)  A 




(2013) 

Input A 

2.  A  diode  detector is  used  to  detect  an  amplitude  modulated 

wave of 60% modulation  by  using  a condenser  of  capacity 

250  pico  farad  in  parallel  with  a  load  resistance  100  kilo  Input B 

ohm.  Find  the  maximum  modulated  frequency  which  could  Output  is 
(a) 
be  detected by  it. 

(a)  5.31 kHz  (b)  10.62 MHz 

(c)  10.62 kHz  (d)  5.31 MHz  (2013) 

3.  Truth  table  for  system  of  four  NAND  gates  as  shown  in 
figure  is 



Y  (b) 


A  B  Y  A  B  Y  (c) 
0  0  0  0  0  1 
0  1  0  0  1  1  (d)  (2009) 

(a)  1  0  1  (b)  1  0  0  6.  A p­n junction (D) shown in the figure can act as a rectifier. 

1  1  1  1  1  0  D 

A  B  Y  A  B  Y  (2012) 
0  0  1  0  0  0  V 
0  1  0  0  1  1 
An alternating current source (V) is connected in the circuit. 
(c)  1  0  0  (d)  1  0  1  The current(I) in the resistor(R) can be shown  by 

1  1  1  1  1  0 

Electronic  Devices  107 

I  + 5V  10 V 

(a)  (b) 

(a) 



I  (c)  (d)  (2007) 

–10 V  – 5V 

(b)  t  11.  The circuit has two oppositely connect ideal diodes in parallel. 
What  is  the  current  following  in  the  circuit? 

4 W 

(c)  t  D 1  D 2 
3 W  2 W 
I  12V 

(d)  (2009)  (a)  1.33 A  (b)  1.71 A 
(c)  2.00 A  (d)  2.31 A. 


7.  In the  circuit below,  A  and  B  represent  two  inputs  and  C  (2006) 
represents the  output. The  circuit represents
12.  In the following, which one of the diodes is reverse biased? 

A  + 5V  + 10V 
C  R 

B  (a)  (b)  R 

+ 5V 

(a)  OR gate  (b)  NOR gate  (2008)  – 12V 
(c)  AND gate  (d)  NAND gate. 
(c) 
8.  A working transistor with its three legs marked P, Q and R  R  R 

(d)  .  (2006) 

is tested using a multimeter. No conduction is found between  – 5V  – 10V 

P and Q. By connecting the common (negative) terminal of 

the  multimeter to R and  the  other (positive)  terminal to  P  13.  If  the  lattice  constant  of  this  semiconductor  is  decreased, 
then  which  of  the  following  is  correct? 
or  Q, some  resistance is  seen  on  the  multimeter.  Which  of 

the  following is true  for the  transistor?  Conduction band width  E c 

(a)  It is an npn transistor with  R as collector. 

(b)  It is an npn  transistor with  R as base.  Band gap  E g 

(c)  It is a pnp  transistor with  R as  collector.  Valence band width  E v 

(d)  It is a pnp  transistor with  R as  emitter.  (2008) 

9.  Carbon,  silicon  and  germanium  have  four  valence  electrons  (a)  all  E c,   E g ,  Ev   decrease 
(b)  all  Ec  ,  Eg ,   Ev   increase 
each. At  room  temperature  which  one  of  the  following  (c)  E c,   and  E v  increase,  but  E g  decreases 
(d)  Ec  ,  and  Ev   decrease,  but  E g  increases. 
statements  is  most  appropriate  ?  (2006) 

(a)  The number of free electrons for conduction is significant 

only in Si and  Ge but small in C.  14.  In  common base mode  of  a  transistor, the collector  current 
is  5.488  mA for an  emitter current  of 5.60 mA.  The  value 
(b)  The number of free conduction electrons is significant in  of  the  base  current  amplification  factor  (b)  will  be 
(a)  48  (b)  49  (c)  50  (d)  51.  (2006) 
C but small in Si and  Ge. 

(c)  The  number  of  free  conduction  electrons  is  negligibly 

small  in  all  the  three.  15.  In  the  ratio  of  the  concentration  of  electrons  that  of  holes 
in a semiconductor is 7/5 and the ratio of currents is 7/4 then 
(d)  The number of free electrons for conduction is significant  what  is  the  ratio  of  their  drift  velocities? 
(a)  4/7  (b)  5/8  (c)  4/5  (d)  5/4.  (2006) 
in  all  the  three.  (2007) 

10.  If in a p ­ n junction diode, a square input signal of 10 V is  16.  A  solid  which  is  transparent  to  visible  light  and  whose 
applied as shown  conductivity  increases  with  temperature  is  formed  by 
(a)  metallic binding  (b)  ionic  binding 
5 V  (c)  covalent  binding  (d)  van der Waals binding 
(2006)
R L 

–5 V 

Then the output signal across R L  will  be 

108  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

17.  In a full  wave rectifier circuit operating from 50 Hz mains  25.  In  the  middle  of  the  depletion  layer  of  a  reverse­biased  p­ 

frequency, the fundamental frequency in the ripple would be  n  junction,  the 

(a)  100  Hz  (b)  70.7  Hz  (a)  electric  field  is  zero 

(c)  50  Hz  (d)  25  Hz  (2005)  (b)  potential  is  maximum 

18.  In a  common base amplifier, the phase difference between  (c)  electric  field  is  maximum 

the  input  signal  voltage  and  output  voltage  is  (d)  potential  is  zero.  (2003) 

(a)  0  (b) p/2  26.  The difference in the variation of resistance with temperature 
in  a metal  and  a semiconductor  arises  essentially  due to  the 
(c) p/4  (d) p  (2005)  difference  in  the 
(a)  crystal  structure 
19.  The electrical conductivity of a semiconductor increases when  (b)  variation  of  the  number  of  charge  carriers  with 
temperature 
electromagnetic  radiation  of  wavelength  shorter  than  2480  (c)  type  of  bonding 
(d)  variation  of  scattering  mechanism  with  temperature. 
nm  is  incident  on  it.  The  band  gap  in  (eV)  for  the  (2003) 

semiconductor  is 

(a)  0.5  eV  (b)  0.7  eV 

(c)  1.1  eV  (d)  2.5  eV  (2005) 

20.  When  p­n  junction  diode  is  forward  biased,  then  27.  A  strip  of  copper  and another  germanium  are  cooled  from 
(a)  the  depletion  region  is  reduced  and  barrier  height  is 
increased  room  temperature  to  80  K.  The  resistance  of 
(b)  the  depletion  region  is  widened  and  barrier  height  is 
reduced.  (a)  each  of  these  decreases 
(c)  both the depletion region and barrier height are reduced 
(d)  both the depletion region and barrier height are increased  (b)  copper strip increases and that of germanium decreases 
(2004) 
(c)  copper strip decreases and that of germanium increases 

(d)  each  of  these  increases.  (2003) 

28.  Formation  of  covalent  bonds  in  compounds  exhibits 

21.  The  manifestation  of  band  structure  in  solids  is  due  to  (a)  wave  nature  of  electron 

(a)  Heisenberg’s  uncertainty  principle  (b)  particle  nature  of  electron 

(b)  Pauli’s  exclusion  principle  (c)  both  wave  and  particle  nature  of  electron 

(c)  Bohr’s  correspondence  principle  (d)  none  of  these.  (2002) 

(d)  Boltzmann’s  law  (2004)  29.  The part of a transistor which is most heavily doped to produce 

22.  A piece of copper and another of germanium are cooled from  large  number  of  majority  carriers  is 
room  temperature  to  77  K,  the  resistance  of 
(a)  each  of  them  increases  (a)  emitter 
(b)  each  of  them  decreases 
(c)  copper  decreases  and  germanium  increases  (b)  base 
(d)  copper  increases  and  germanium  decreases.  (2004) 
(c)  collector 

(d)  can  be  any  of  the  above  three.  (2002) 

30.  The  energy  band  gap  is  maximum  in 

23.  For a transistor amplifier in common emitter configuration  (a)  metals  (b)  superconductors 

for load impedance of 1 kW  (h fe  = 50 and  h oe  = 25) the  (c)  insulators  (d)  semiconductors.  (2002) 
current  gain  is 
31.  By  increasing  the  temperature,  the  specific  resistance  of  a 
(a)  –5.2  (b)  –15.7 
conductor  and  a  semiconductor 

(c)  – 24.8  (d)  – 48.78.  (2004)  (a)  increases  for  both  (b)  decreases  for  both 

24.  When npn  transistor  is  used  as  an  amplifier  (c)  increases,  decreases  (d)  decreases,  increases. 
(a)  electrons  move  from  base  to  collector 
(b)  holes  move  from  emitter  to  base  (2002) 
(c)  electrons  move  from  collector  to  base 
(d)  holes  move  from  base  to  emitter.  32.  At  absolute  zero,  Si  acts  as 

(a)  non­metal  (b)  metal 

(2004)  (c)  insulator  (d)  none  of  these.  (2002) 

Answer  Key 

1.  (b)  2.  (c)  3.  (d)  4.  (b)  5.  (a)  6.  (c) 
7.  (a)  8.  (a)  9.  (a)  10.  (a)  11.  (c)  12.  (a) 
13.  (d)  14.  (b)  15.  (d)  16.  (c)  17.  (a)  18.  (a) 
19.  (a)  20.  (c)  21.  (b)  22.  (c)  23.  (d)  24.  (a) 
25.  (a)  26.  (b)  27.  (c)  28.  (a)  29.  (a)  30.  (c) 
31.  (c)  32.  (c)

Electronic  Devices  109 

1.  (b)  : The I­V characteristics of a LED is similar to that of a  This is same as the Boolean expression  of OR gate. 
Si junction diode. But the threshold voltages are much higher  Alternative method 
and  slightly  different  for  each  colour.  The  truth  table  of  the  given  circuit  is  as  shown  in  the  table 
Hence,  the  option  (b) represents  the  correct  graph. 
A  B  A  B  A × B X = A × B
2.  (c)  : The maximum frequency which  can  be  detected is  0  0  1  1  1 
0  1  1  0  0  0 
u = 1  1  0  0  1  0  1 
2p  ma t  1  1  0  0  0  1 
This  is  same  as  that  of  OR  gate.  1 
where, t = CR 

Here,  C =  250  pico farad = 250 × 10– 12  farad 

R =  100  kilo ohm = 100 ×  103   ohm  A 

m a  =  0.6 5.  (a)  :  Y 

\  1  B 
250 ´10-12
u = 2p ´ 0.6 ´ ´ 100 ´ 103  By de Morgan’s theorem, (A + B) = A × B. 

= 10.61 ×  103   Hz =  10.61 kHz.  Verify 
A × B 
A  0  0  1  0 Y  AB AB A+B A + B
0  1  1100 0 1  1 
1  1  0011 1 0  0 
3.  (d)  :  0  1  1  1  011 0 1 0  0 
0  1001 1 0  0 
B  0 

This  is  the  same  as  AND  Gate  of  A  and  B. 

A  0  0  1  1 Y  6.  (c)  : (a) is original wave (b) is a full­wave rectified (c) is the 
0  1  1 Y  correct  choice.  The  negative  waves  are  cut  off  when  the 
1  1  0 Y  diode  is connected  in reverse  bias (d)  is not  the  diagram  for 
1  1  0  0  alternating  current. 
B  1  1 
0  7.  (a) : It is OR gate. When either of them conducts, the gate 
A  1  1  0  conducts. 

1  1  1  1  8.  (a) : It is npn transistor with R as  collector. If it is connected 
0  1  to base, it will be  in forward bias. 
B  0  0  1 
A  1  1  9.  (a) : C, Si and  Ge have the same lattice structure and their 
1  valence electrons are 4. For C, these electrons are in the second 
1  1  1  orbit,  for  Si  it  is  third  and  germanium  it  is  the  fourth  orbit. 
0  0  In  solid  state,  higher  the  orbit,  greater  the  possibility  of 
1  0  overlapping of energy bands. Ionization energies are also less 
B  1  1  therefore Ge has more conductivity compared to Si. Both are 
semiconductors.Carbon  is  an  insulator. 
4.  (b) : A A
10.  (a) : The current will flow through R L when diode is forward 
B X biased. 

11.  (c)  :  Since diode  D1   is  reverse  biased,  therefore  it will  act 
The  Boolean expression  of  the  given  circuit  is  like  an  open  circuit. 
Effective resistance of the circuit is R = 4 + 2 = 6 W. 
X = A×B Current  in  the  circuit  is  I  =  E/R  =  12/6  =  2  A. 
= A + B (Using De  Morgan theorem) 
=  A  +  B  (Using  Boolean  identity)  12.  (a)  :  Figure  (a)  represent  a  reverse  biased  diode. 

13.  (d) : Ec  and E v decrease but Eg  increases if the lattice constant 
of  the  semiconductor  is  decreased.

110  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

14.  (b)  :  b = Ic = I c  = 5.488 = 5.488 = 49.  When cooled, the resistance of copper decreases and that of 
Ib Ie - Ic  5.60 - 5.488 0.112  germanium  increases. 

I  23.  (d)  :  In  common  emitter  configuration,  current  gain  is 
nAe
15.  (d)  :  Drift  velocity  v d  =  -(h fe )  = -50 
+ (hoe )(RL )  1 + (25 ´10-6 ) ´ (1´ 103 )
(vd ) electron  æ Ie öæ nh    ö A i  = 1
(vd ) hole  çè Ih ÷ø çè ne  ÷ø 
= = 7 ´ 5 =  54 .  = - 50 = -50 
4 7 1+ 0.025 1.025
= –  48.78. 
16.  (c)  :  Covalent  binding. 

17.  (a)  :  Frequency  of  full  wave  rectifier  24.  (a) : Electrons of n­type emitter move from emitter to base 
=  2  ×  input  frequency  =  2  ×  50    =  100  Hz.  and then  base  to  collector  when  npn  transistor  is  used  as 
an  amplifier. 

18.  (a) : In a common base amplifier, the phase difference between  25.  (a)  :  Electric  field  is  zero  in  the  middle  of  the  depletion 
the  input  signal  and  output  voltage  is  zero.  layer  of  a  reverse  baised  p­n  junction. 

19.  (a)  :  Band  gap = Energy  of  photon  of l  =  2480  nm 26.  (b) : Variation of number of charge carriers with temperature 
is  responsible  for  variation of resistance  in a  metal  and  a 
\  Energy = hc J = lhce (eV)  semiconductor. 
l

(6.63 ´ 10-34 ) ´ (3 ´ 108 )  27.  (c) : Copper is conductor and germanium is semiconductor. 
\  Band  gap  = (2480 ´10-9 ) ´ (1.6 ´ 10-19 ) eV  When  cooled, the  resistance of copper strip decreases  and 
that  of  germanium  increases. 
=  0.5  eV. 

20.  (c)  :  When  p­n  junction  diode  is  forward  biased,  both  the  28.  (a) : Wave nature of electron and covalent bonds are correlated. 
depletion  region  and  barrier  height  are  reduced. 
29.  (a)  :  The  emitter  is  most  heavily  doped. 

21.  (b) : Pauli's exclusion principle explains band structure of  30.  (c) :  The energy  band  gap  is  maximum  in  insulators. 
solids. 
31.  (c)  :  For  conductor, r  increases  as  temperature  rises. 
22.  (c)  :  Copper  is  a  conductor.  For  semiconductor, r  decreases  as  temperature  rises. 
Germanium  is  a  semiconductor. 
32.  (c) :  Semiconductors, like Si, Ge, act  as insulators  at  low 
temperature.

Experimental  Skills  111 

CHAPTER  EXPERIMENTAL SKILLS 

20 

1.  A  spectrometer  gives  the  following  reading  when  used  to  distance v, from  the  lens, is  plotted  using the same scale  for 

measure the angle of a  prism.  the  two  axes. A  straight  line  passing  through the  origin  and 

Main  scale  reading  :  58.5  degree  making an angle of 45° with the x­axis meets the experimental 

Vernier  scale  reading  :  09  divisions  curve at P. The coordinates of P will  be 

Given that 1 division on main scale corresponds to 0.5 degree.  (a)  (2f, 2f)  (b)  (f/2,  f/2) 

Total divisions on the vernier scale is 30 and match with 29  (c)  (f, f)  (d)  (4f, 4f)  (2009) 

divisions of the main scale. The angle of the prism from the  5.  An experiment is performed to find the refractive index of 
glass  using  a  travelling  microscope.  In  this  experiment 
above  data  distances  are  measured  by 
(a)  a screw gauge provided  on the microscope 
(a)  58.77  degree  (b)  58.65  degree  (b)  a vernier  scale provided  on the  microscope 
(c)  a standard laboratory scale 
(c)  59  degree  (d)  58.59  degree  (2012)  (d)  a meter  scale provided  on the microscope.  (2008) 

2.  A  screw  gauge  gives  the  following  reading  when  used  to 

measure the diameter  of  a wire. 

Main  scale  reading  :   0  mm 

Circular  scale  reading  :     52 divisions  6.  While  measuring  the  speed  of  sound  by  performing  a 

Given that  1 mm on main  scale  corresponds to  resonance  column  experiment,  a  student  gets  the  first 

100 divisions of the  circular  scale.  resonance condition  at a  column length  of   18  cm  during 

The  diameter of wire from the above  data is  :  winter. Repeating the same experiment during summer, she 

(a)  0.52 cm  (b)  0.052  cm  measures  the  column  length  to  be  x  cm    for  the  second 

(c)  0.026 cm  (d)  0.005  cm  (2011)  resonance.  Then 

3.  In  an  experiment  the  angles  are  required  to  be  measured  (a)  36 >  x  > 18  (b)  18  >  x 

using  an  instrument.  29  divisions of  the  main  scale  exactly  (c)  x  >  54  (d)  54 >  x > 36.  (2008) 

coincide  with  the  30  divisions  of  the  vernier  scale.  If  the  7.  Two full turns of the circular scale of a screw gauge cover 

smallest division of the main scale is half­a­degree (= 0.5°),  a distance  of 1  mm  on  its  main  scale. The  total  number  of 

then the least count of the  instrument is  divisions on the circular scale is 50. Further, it is found that 

(a)  one  minute  (b)  half  minute  the  screw  gauge  has  a  zero  error  of  –  0.03  mm.  While 

(c)  one  degree  (d)  half  degree  (2009)  measuring  the  diameter  of  a  thin  wire,  a  student  notes   the 

4.  In an optics experiment, with the position of the object fixed,  main scale reading of 3 mm and the number of circular scale 
a  student varies the  position  of a  convex  lens  and  for each 
position,  the screen  is  adjusted  to  get  a  clear  image of  the  divisions in line with the main scale as 35. The diameter of 
object. A graph between the object distance u and the image 
the  wire  is 

(a)  3.38 mm  (b)  3.32 mm 

(c)  3.73 mm  (d)  3.67 mm.  (2008) 

Answer  Key 

1.  (b)  2.  (b)  3.  (a)  4.  (a)  5.  (b)  6.  (c) 
7.  (a)

112  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

1.  (b)  : 30 VSD = 29 MSD  If  u  =  radius  of  curvature,    2f,  v  =  2f 

1 VSD =  29  MSD  i.e.,  1 + 1 =  1f  . 
30 2f 2 f

Least  count  =  1  MSD  –  1  VSD v and u are have the same value when the object is   at  the 

( ) = 29 1  centre  of curvature. The solution is (a). 
30 30
1- MSD = ´ 0.5°    According the real and virtual system, u is +ve and v is also 

Reading  =  Main  scale  reading  +  Vernier  scale  +ve as both are real. If u =  v, u = 2f  = radius of curvature. 

reading  ×  least  count  \ 1 + 1 = 1 Þ 1 + 1 =  1f  . 
v u f 2f 2 f
0.5 °
= 58.5° + 9 ´ 30 = 58.5° + 0.15° = 58.65° .  The  ans wer  is  the  same  (a). 

(The  figure  given  is  according  to  New  Cartesian  system). 

2.  (b)  : Least count of  screw  gauge  5.  (b) : A travelling microscope moves horizontally on a main 

=  Pitch  scale  provided  with  a  vernier  scale,  provided  with  the 
divisions on
Number of circular scale microscope. 

= 1  mm = 0.01 mm  6.  (c) :  v1  =  g RT  assuming M is the average molar mass of 
100 M

Diameter of wire =  Main scale reading  the air (i.e., nitrogen) and g  is also for nitrogen. 

+ circular scale reading ×  Least count  n  n 

=  0  +  52  ×    0.01   =  0.52 mm  = 0.052  cm 

3.  (a)  :  Least count =  value of 1 main scale division  L 1 
The number of divisions  L 2 

on the vernier scale

as  shown  below.  1st  resonance  2nd  resonance 
Here n vernier scale  divisions =  (n –  1)  M.S.D. 
g RT1 g RT2  
v1 = M ;  v 2  =  M where T 1 and T2   stand for winter 
n - 1 
\ 1 V .S.D . =  n M.S.D 
and summer temperatures. 

L.C. = 1 M.S.D. - 1 V.S.D  v1   l4 = 18
n
= 1 M.S.D- (n n-1)  M.S.D.  L1   = = cm.  At  temperature T 1 
Þ L .C. = 0.5° - 3290 ´ 0.5 ° 
At T 2,   summer,  v2   >  v 1 . 

0.5 1 1 1  L2   = v2    = 3l  > 3 ´ 18. 
30 30 2 60 n 4 
Þ L.C. = = ´ = ° = 1 min . 
\  L 2  >  54 cm. 
4.  (a)  : According  to  New  Cartesian  v  7.  (a) :  Least count of the screw gauge 

coordinate  system  used  in  our  12t h  = 0.55m0 m = 0.01 mm 
Main  scale reading  =  3  mm. 
classes,  for  a  convex  lens,  as  u  is  P 
Vernier  scale  reading  =  35
negative,  the  lens  equation  is  u  45° \  Observed  reading  =  3  +  0.35  =  3.35 
zero  error  =  –0.03
1 - 1 =  1f  .  \  actual diameter of the wire = 3.35 – (–0.03) 
v u
= 3.38 mm. 
One  has to  take that  u  is  negative  again  for  calculation,  it 

effectively comes  to  1 + 1 =  1f  . 
v u

CHEMISTRY

Some Basic Concepts in Chemistry  1 

CHAPTER  SOME BASIC CONCEPTS 
IN CHEMISTRY


1.  The  molarity  of  a  solution  obtained  by  mixing  750  mL  of  (c)  remain unchanged 
(d)  be a  function of the molecular mass of the substance. 
0.5 M HCl with 250 mL of 2 M HCl will be 
(2005) 
(a)  0.975 M  (b)  0.875 M 

(c)  1.00 M  (d)  1.75 M  (2013)  5.  What volume of hydrogen gas, at 273 K and  1 atm. pressure 

2.  In the reaction,  will be consumed in obtaining  21.6 g of elemental boron (atomic 
2Al( s)  + 6HCl( aq) ® 2Al3 + (aq)  + 6Cl–  (aq)  + 3H2 (g) 
(a)  11.2  L  H2 (g)  at  STP  is  produced  for  every  mole  HCl (aq)  mass  =  10.8)  from  the  reduction  of  boron  trichloride  by 
consumed 
hydrogen? 
(b)  6 L HCl( aq)  is consumed for every 3 L H2 (g)  produced 
(c)  33.6  L  H2 (g)  is  produced regardless  of  temperature  and  (a)  89.6 L  (b)  67.2 L 

(c)  44.8 L  (d)  22.4 L 

(2003) 

pressure for every  mole Al that reacts  6.  With increase of temperature, which of these changes? 

(d)  67.2  L  H2 (g)  at  STP  is  produced  for  every  mole Al  that  (a)  Molality 
reacts.  (b)  Weight fraction  of solute 

(2007)  (c)  Fraction of solute present in water 

3.  How  many  moles  of  magnesium  phosphate,  Mg3 (  PO 4)  2   will  (d)  Mole  fraction 
contain 0.25 mole  of  oxygen  atoms? 
(2002) 

(a)  0.02  (b)  3.125 × 10– 2  7.  Number  of  atoms  in  558.5  gram  Fe  (at.  wt.  of 

(c)  1.25 × 10 –2  (d)  2.5 × 10– 2  (2006)  Fe = 55.85 g mol– 1)   is 

4.  If we consider that 1/6, in place of 1/12, mass of carbon atom  (a)  twice that in 60 g carbon 
is taken to be the relative  atomic  mass  unit, the  mass of one  (b)  6.023 × 102 2 
mole  of  a  substance  will  (c)  half that in 8 g He 
(a)  decrease twice  (d)  558.5 × 6.023 × 102 3 
(b)  increase two  fold 
(2002) 

Answer  Key 

1.  (b)  2.  (a)  3.  (b)  4.  (a)  5.  (b)  6.  (c) 
7.  (a) 

2  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

1.  (b) : M mixVm  ix  = M1 V1   + M 2V 2  Now, atomic  mass of an element 

M mix  =  M1V1 + M2 V 2  =1 amMua (sHs eorfe  oonne  tahteo msc aolfe  tohfe  1el e omf eCn-t 1  2) 
Vmix  6

Mmix  = 0.5 ´ 750 + 2 ´ 250  Mass of one atom of the element 
1000  2 amu (Here on the scale of  1   of C-12) 
=

Mmix = 0.875 M  12

2.  (a) :  2Al( s) + 6HCl (aq)  2Al3 (+aq  ) + 6Cl –(a  q) + 3H 2(g)  \  Numerically the mass of a substance will become half 
of the  normal scale. 
6 moles of HCl produced H2   at STP = 3 ×  22.4 L

\  1 mole of HCl will produce H2   at  STP  5.  (b) : 2BCl 3  + 3H 2 ® 6HCl + 2B 

3 ´ 22.4  or  BCl 3  +  23 H 2  ® 3HCl + B 
= = 11.2 L 

6

3.  (b)  :  1  mole  of  Mg 3 (PO 4 ) 2 10.8 g boron requires hydrogen =  3 ´ 22.4 L 
Þ  3 moles of Mg  atom +  2  moles  of P  atom  2

21.6 g boron will require hydrogen 

+  8  moles of O atom  =  3 ´ 1202..84 ´ 21.6 = 67.2 L 
8 moles of oxygen atoms are present in = 1 mole of Mg3 (  PO 4)   2  2

1´ 0.25  6.  (c) : Volume increases with rise in temperature. 
0.25  mole  of  oxygen  atoms  are  present  in  =  8

=  3.125 ×  10 –2  moles of  Mg 3(  PO 4 ) 2  7.  (a) : Fe (no. of moles) =  5555.88.55 = 10 moles 

4.  (a)  :  1  atomic  mass  unit  on  the  scale  of  1/6  of  C  (no.  of  moles)  =  60/12  =  5  moles. 

C­12 = 2 amu on the  scale  of 1/12  of  C­12. (atomic  weight  of  carbon  =  12) 

States of Matter  3 

CHAPTER  STATES OF MATTER



1.  Experimentally it was found that a metal oxide has formula  8.  If  10 –4  dm 3  of  water  is  introduced  into  a  1.0  dm 3  flask  at 

M0 .98 O. Metal M, is present as M 2+ and M 3+ in its oxide. Fraction  300  K, how  many  moles  of  water are  in  the  vapour  phase 
of the metal which exists as  M3 +  would  be  when  equilibrium  is  established? 

(a)  5.08%  (b)  7.01%  (Given  :  Vapour  pressure  of  H 2 O  at  300  K  is  3170  Pa; 
R = 8.314 J K –1  mol –1 ) 
(c)  4.08%  (d)  6.05%  (2013)  (a)  1.27 × 10 –3  mol  (b)  5.56 × 10 –3  mol 
(c)  1.53 × 10 –2  mol  (d)  4.46 × 10 –2  mol  (2010) 
2.  For gaseous state, if most probable speed is denoted by C*, 

average speed by  C  and mean square speed by C, then for  9.  Percentages of free space in cubic close packed structure and 

a large  number  of  molecules the ratios  of  these  speed are  in body  centred packed  structure  are  respectively 

(a)  C* :  C  :  C  =  1 : 1.225  : 1.128  (a)  48% and 26%  (b)  30% and 26% 
(b)  C* :  C  :  C  =  1.225 : 1.128  : 1 
(c)  C* :  C  :  C  =  1.128 : 1  : 1.225  (c)  26% and 32%  (d)  32% and 48%  (2010) 
(d)  C* :  C  :  C  =  1 : 1.128  : 1.225 
(2013)  10.  Copper crystallizes in fcc with a unit cell length of 361 pm. 
What  is  the  radius  of  copper  atom? 

3.  Lithium  forms  body  centred  cubic  structure.  The  length  of  (a)  108 pm  (b)  127 pm 

the side of its unit cell is 351 pm. Atomic radius of the lithium  (c)  157 pm  (d)  181 pm  (2009) 

will  be  11.  In a compound, atoms of element Y form ccp lattice and those 

(a)  300 pm  (b)  240 pm  of element X  occupy 2/3 rd of tetrahedral voids. The formula 

(c)  152 pm  (d)  75 pm  (2012)  of  the compound  will be 

4.  The compressibility factor for a real gas at high pressure is  (a)  X 3Y   4  (b)  X 4 Y 3  (2008) 
(c)  X 2Y   3  (d)  X 2 Y 
(a)  1  (b)  1 +  Pb/RT 

(c)  1 –  Pb/RT  (d)  1 +  RT/Pb  (2012)  12.  Equal masses of methane and oxygen are mixed in an empty 

5.  In a face centred cubic  lattice, atom A  occupies  the  corner  container at 25°C. The fraction of the total pressure exerted by 
positions and atom B  occupies  the  face centre  positions. If 
oxygen  is 

(a)  1/2  (b)  2/3 

one atom of B is missing from one of the face centred points,  (c)  1 ´ 273  (d)  1/3  (2007) 
the  formula  of the compound  is  3 298

(a)  A 2 B  (b)  AB 2  (2011)  13.  Total volume of atoms present in a face­centred cubic unit cell 
(c)  A2  B 3  (d)  A 2 B 5  of  a  metal  is  (r  is  atomic  radius) 

6.  ‘a’ and ‘b’ are van der Waals’ constants for gases. Chlorine  (a)  20 pr  3  (b)  24 p r3 
is more  easily liquefied  than ethane  because  3  3 

(a) a and b  for  Cl 2  > a  and b  for C 2 H 6  (c)  12 pr  3  (d)  16 pr  3  (2006) 
(b) a and b  for  Cl 2  < a  and b  for C 2 H 6  3  3 

(c) a for  Cl 2  < a  for C 2 H6   but b for  Cl 2  > b  for  C 2H   6  14.  Which  one  of  the  following  statements  is  not  true  about  the 

(d) a for  Cl 2  > a  for C 2 H6   but b for  Cl 2  < b  for  C 2H   6  effect  of  an  increase  in  temperature  on  the  distribution  of 

(2011)  molecular  speeds  in  a  gas? 

7.  The edge length of a face centred cubic cell of an ionic substance  (a)  The most probable speed increases. 
is  508  pm.  If  the  radius  of  the  cation  is  110  pm,  the  radius  (b)  The fraction of the molecules with the most probable speed 

increases. 

of  the anion is  (c)  The distribution becomes broader. 

(a)  144 pm  (b)  288 pm  (d)  The area under the distribution curve remains the same as 

(c)  398 pm  (d)  618 pm  (2010)  under  the  lower  temperature. 

(2005) 

4  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

15.  An ionic compound has a unit cell consisting of A ions at the  20.  According to the kinetic theory of gases, in an ideal gas, between 
two  successive  collisions  a  gas  molecule  travels 
corners of a cube and B ions on the centres of the faces of the  (a)  in a circular path 
(b)  in a wavy path 
cube. The empirical  formula for  this  compound would be  (c)  in a straight line path 
(d)  with an  accelerated velocity. 
(a)  AB  (b)  A 2B    (2005)  (2003) 
(c)  AB3   (d)  A3 B   

16.  What type of crystal defect is indicated in the diagram below? 

Na+    Cl–   Na+    Cl–   Na+    Cl–  

Cl–   Cl–   Na+    Na+    21.  How many unit cells are present in a cube­shaped ideal crystal 
of  NaCl  of  mass  1.00  g? 
Na+    Cl–   Cl–   Na +  Cl–   [Atomic masses : Na = 23, Cl = 35.5] 
(a)  2.57 × 102 1  (b)  5.14 × 10 21 
Cl–   Na+    Cl–   Na+    Na+    (c)  1.28 × 10 21  (d)  1.71 × 10 21 
(2003) 
(a)  Frenkel  defect 

(b)  Schottky  defect 

(c)  Interstitial  defect 

(d)  Frenkel and Schottky  defects  (2004)  22.  Na and Mg crystallize in bcc and fcc type crystals respectively, 

17.  In van der Waals equation of state of the gas law, the constant  then the number of atoms of Na and Mg present in the unit cell 

b  is  a  measure  of  of  their  respective  crystal  is 

(a)  intermolecular repulsions  (a)  4 and 2  (b)  9 and 14 

(b)  intermolecular  attraction  (c)  14 and 9  (d)  2 and 4 

(c)  volume occupied  by  the  molecules  (2002) 

(d)  intermolecular collisions per  unit volume.  (2004)  23.  For an ideal gas, number of moles per litre in terms of its pressure 

18.  As the temperature is raised from 20°C to 40°C, the average  P, gas constant R and temperature T is 

kinetic  energy  of  neon  atoms  changes  by  a  factor  of  which  of  (a)  PT/R  (b)  PRT 

the  following?  (c)  P/RT  (d)  RT/P 

(a)  1/2  (b)  313/ 293  (2002) 
(c)  313/293  (d)  2 
(2004)  24.  Kinetic theory of gases proves 
(a)  only Boyle's  law 
19.  A  pressure cooker reduces cooking time  for food  because  (b)  only Charles' law  (2002) 
(a)  heat is more evenly distributed  in the cooking space  (c)  only Avogadro's law 
(b)  boiling point of water  involved in cooking is  increased  (d)  all of these. 
(c)  the  higher  pressure  inside  the  cooker  crushes  the  food 
material  25.  Value of gas constant R is  (2002)
(d)  cooking  involves  chemical  changes  helped  by  a  rise  in  (a)  0.082 L atm  (b)  0.987 cal mol– 1  K– 1 
temperature.  (c)  8.3 J mol– 1  K– 1  (d)  83 erg mol– 1  K– 1 
(2003) 

Answer  Key 

1.  (c)  2.  (d)  3.  (c)  4.  (b)  5.  (d)  6.  (d) 
7.  (a)  8.  (a)  11.  (b)  12.  (d) 
13.  (d)  14.  (b)  9.  (c)  10.  (b)  17.  (c)  18.  (c) 
19.  (b)  20.  (c)  23.  (c)  24.  (d) 
25.  (c)  15.  (c)  16.  (b) 

21.  (a)  22.  (d) 

States of Matter  5 

1.  (c)  :  Let  the  fraction  of metal  which exists  as  M3 +  be  x.  9.  (c) :  The packing efficiency in a  ccp  structure  =  74%
\  Percentage free space  = 100 – 74 = 26% 
Then  the fraction  of  metal as  M 2+  = (0.98 –  x) Packing efficiency  in a body  centred structure  =  68% 
Percentage free space  = 100 – 68 = 32% 
\  3x  + 2(0.98 –  x) = 2 

x  +  1.96  =  2 

x = 0.04

\  % of M3 +  =  0.04 ´ 100  =  4.08%  10.  (b)  : Since Cu crystallizes in fcc  lattice,
0.98 \  radius of Cu  atom, 

2.  (d) :  C* : C : C = 2RT = 8RT = 3 RT  r = a  (a = edge length) 
M pM  M 2 2 

= 2 : 8  = 3  Given, a  = 361 pm 
3.14
\ r = 361  » 127 pm 
\  C* : C : C  =  1 : 1.128  : 1.225  2 2 

3.  (c) :  a = 351 pm 

For  bcc  unit cell,  a 3 = 4r 11.  (b) : Number of Y atoms per unit cell in ccp lattice (N) = 4 
Number of tetrahedral voids = 2N  = 2 × 4 = 8 
r = a 3 = 351 ´ 3  = 152 pm  Number  of  tetrahedral  voids  occupied  by  X  =  2/3  rd  of  the 
44 tetrahedral  void  =  2/3  ×  8  =  16/3 
Hence the formula of  the  compound will  be 
4.  (b) :  For  real  gases,  æ P + a ÷öø (V - b) = RT X1  6/3 Y 4  =  X4  Y 3 
èç V 2 

At high pressure,  P >>  a/V 2  12.  (d) :  Let the mass of methane  and oxygen be m  g. 

Thus neglecting  a/V2   gives 

P(V – b) =  RT  or  PV = RT  + Pb  Mole  fraction  of  oxygen,  x O 2 

or PV = Z = RT + Pb Þ  Z = 1  +  Pb/RT 
RT RT 32  m  ´ 32 1 
=  m +  m  = 32 3m = 3 
5.  (d) :  A            B 

8 ´  81  5 ´  21  32 16 

Formula  of  the  compound  is  A2  B5  .  Let the total  pressure be P.
\  Partial pressure of O 2,  p O 2  =  P ×  x O 2 
6.  (d) :  a (dm 3  atm mol –2 )  b(dm 3  mol –1 ) 
= P × 1 =  1 P 
Cl 2  6.49  0.0562  3 3 

C 2 H 6  5.49  0.0638  13.  (d)  :  In  case  of  a  face­centred  cubic  structure,  since  four 

From  the above  values,  a for  Cl 2  >  a  for  ethane (C 2 H6  )  atoms are  present in a unit cell, hence volume 

b  for  ethane  (C 2 H6  ) >  b  for  Cl 2 .  V = 4 èæç 4 pr 3 ÷øö = 16 pr 3 
3 3 
7.  (a) : In fcc lattice, 

Given, a  = 508 pm  14.  (b) : Most probable velocity is defined as the speed possessed 
by  maximum  number  of  molecules  of  a  gas  at  a  given 
rc   = 110 pm temperature. According to Maxwell's distribution curves,  as 
temperature  increases,  most  probable  velocity  increases  and 
\  110  +  r a  = 508 Þ  r a  =  144 pm  fraction  of  molecule  possessing  most  probable  velocity 
2 decreases. 

8.  (a) : The  volume occupied  by  water  molecules  in vapour 

phase is (1 – 10 –4)   dm 3 , i.e., approximately  1 dm 3 .  15.  (c) : Number of A ions per unit cell =  1 ´ 8 = 1 
8
PV  =  nRT 
Number of B ions per unit cell =  1 ´ 6 = 3 
3170 × 1 × 10 –3  =  n H 2O    × 8.314  × 300  2

nH2 O  = 3170 ´ 10 -3  = 1.27 ´ 10-3  mol  Empirical  formula  =  AB3 
8.314 ´ 300

6  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

16.  (b) : When an atom or ion is missing from its normal lattice site,  24.  (d) : Explanation of the Gas Laws on the basis  of Kinetic 
a  lattice  vacancy  is  created.  This  defect  is  known  as  Schottky 
defect.  Molecular Model 
Here equal number of Na + and Cl–   ions are missing from their 
regular  lattice  position  in  the  crystal.  So  it  is  Schottky  defect.  One of  the postulates of kinetic theory of gases is 

Average K.E. µ T 

or,  1  mnCr2m  s  µ  T  or,  1  mnCr2m  s  =  kT 
2 2
17.  (c) : van der Waals  constant for  volume correction b  is the 
measure of the effective volume occupied by the gas molecules.  Now,  PV = 1 mnCr2ms = 2 ´ 12 mnCr 2m  s  = 2 kT
3 3 3 

18.  (c) : Kb   = 3/2 RT  (i)  Boyle’s Law : 

K40 T4 0  l  Constant temperature means that the average kinetic energy 
K20 T20 
= = 273 + 40 = 313  of  the  gas  molecules  remains  constant. 
273 + 20 293 
l  This  means  that  the  rms  velocity  of  the  molecules,  Cr ms 
19.  (b) : According to Gay Lussac's law, at constant pressure of a  remains unchanged. 
given  mass of a gas is directly  proportional  to the absolute 
temperature  of the  gas.  Hence,  on  increasing  pressure, the  l  If  the  rms  velocity  remains  unchanged,  but  the  volume 
temperature  is  also  increased.  Thus  in  pressure  cooker  due  to 
increase  in pressure  the  boiling  point  of  water  involved in  increases, this  means that there  will be  fewer  collisions 
cooking  is  also  increased. 
with  the  container  walls  over  a  given  time. 
l  Therefore, the pressure will decrease 

20.  (c) : According to the kinetic theory of gases, gas molecules are  i.e.  P µ  1 
always  in  rapid  random  motion  colliding  with  each  other  and  V
with the wall of the  container  and  between  two  successive 
collisions  a  gas  molecule  travels  in  a  straight  line  path.  or  PV  =  constant. 
(ii)  Charles’ Law : 
21.  (a) : Mass (m) = density × volume = 1.00 g  l  An increase in temperature means an increase in the average 
Mol.  wt.  (M)  of  NaCl  =  23  +  35.5  =  58.5 
kinetic energy of the gas molecules, thus an increase in Cr ms.  
Number of unit cell present in a cube shaped crystal of NaCl of  l  There will be more collisions per unit time, furthermore, 

mass 1.00 g =  r ´ a3 ´ N A = m ´ N A  the momentum of each collision increases (molecules strike 
M ´ Z M ´ Z the wall harder). 
l  Therefore, there will be an increase  in pressure. 
=  1 ´ 6.023 ´ 10 23  l  If we allow  the volume to change to  maintain constant 
58.5 ´ 4 pressure,  the  volume  will  increase  with  increasing 
temperature (Charles law). 
(In  NaCl  each  unit  cell  has  4  NaCl  units.  Hence Z  =  4). (iii)  Avogadro’s Law 
\  Number of unit cells = 0.02573 × 102 3  It  states  that  under  similar  conditions  of  pressure  and 
temperature, equal volume of all gases contain equal number 
= 2.57 × 102 1  unit cells  of  molecules.  Considering  two  gases,  we  have 

22.  (d) : bcc ­ Points are at corners and one in the centre of the unit  P1V1 = 2 kT1 and  P2V2 = 2  kT2 
3 3 

cell.  Since P1   =  P2   and  T 1  =  T 2,   therefore 

Number of atoms per unit cell =  8 ´ 81 + 1 = 2  P1V1 = (2 / 3) kT1 Þ V1 =  n1  
fcc  ­  Points  are  at  the  corners  and  also  centre  of  the  six  faces  P2V2 (2 / 3) kT2 V2 n2 

of  each cell.  If  volumes  are  identical, obviously n1    =  n2  .  

1 12 = 4  25.  (c) : Units of R 
8
Number  of  atoms  per unit cell =  8 ´ + 6 ´ (i)  in L atm Þ 0.082 L atm mol– 1  K– 1 

23.  (c) : From ideal gas equation, PV = nRT (ii)  in C.G.S. system Þ 8.314 × 107   erg mol– 1  K– 1 
\  n/V = P/RT (number of moles = n/V) 
(iii)  in M.K.S. system Þ 8.314 J mol– 1  K– 1 

(iv)  in calories Þ 1.987 cal mol– 1  K– 1

Atomic Structure  7 

CHAPTER  ATOMIC STRUCTURE



1.  Energy of an electron is given by  E = -2.178 ´ 10-18  J æ Zn2 2  øö÷ .  (a)  1.52 × 10 –4  m  (b)  5.10 × 10 –3  m  (2009) 
ç (c)  1.92 × 10 –3  m  (d)  3.84 × 10 –3  m 
è
Wavelength  of  light  required  to  excite  an  electron  in  an  8.  The  ionization  enthalpy  of  hydrogen  atom  is 

hydrogen atom from level  n  = 1  to n  = 2  will be  1.312 × 10 6 J mol –1 . The energy required to excite the electron 

(h  = 6.62 × 10 –34  J s and  c  = 3.0 × 10 8  m s –1 )  in the atom from  n = 1 to  n = 2 is 

(a)  8.500 × 10 –7  m  (b)  1.214 × 10 –7  m  (a)  9.84 ×  10 5  J  mol –1 

(c)  2.816 × 10 –7  m  (d)  6.500 × 10 –7  m  (2013)  (b)  8.51 ×  10 5  J  mol –1 

2.  The electrons identified by  quantum  numbers  n and  l:  (c)  6.56 ×  10 5  J  mol –1  (2008) 
(1)  n = 4, l  = 1  (2)  n = 4, l  =  0  (d)  7.56 ×  10 5  J  mol –1 

(3)  n = 3, l  = 2  (4)  n = 3, l  =  1  9.  Which of the following sets of quantum numbers represents the 

can be placed in order of  increasing  energy  as  highest energy of an  atom? 

(a)  (4) < (2) < (3) < (1)  (a)  n  =  3,  l  =  0,  m  =  0,  s  =  + 1 
(b)  (2) < (4) < (1) < (3)  2
(c)  (1) < (3) < (2) < (4) 
(d)  (3) < (4) < (2) < (1)  (2012)  (b)  n = 3, l = 1, m = 1, s =  + 1 
2
3.  A gas absorbs a photon of 355 nm and emits at two wavelengths. 
+ 1 
If one of the emission  is at  680  nm,  the  other is at  (c)  n  =  3,  l  =  2,  m  =  1,  s  =  2

(a)  1035 nm  (b)  325 nm  (d)  n = 4, l = 0, m = 0, s =  + 1 
2
(c)  743 nm  (d)  518 nm  (2011)  (2007) 

4.  The  energy required  to break  one  mole of  Cl—Cl bonds in 

Cl2   is 242 kJ mol –1 . The longest wavelength of light capable  10.  Uncertainty  in  the  position  of  an  electron 
(mass = 9.1 × 10 –31 kg) moving with a velocity 300 m s –1,  accurate 
of  breaking  a  single  Cl—Cl  bond  is  (c  =  3  ×  10 8  m  s –1 

and NA    = 6.02 × 10 23  mol –1 )  upto 0.001% will be (h = 6.6 × 10– 34  J s) 
(a)  19.2 × 10 –2  m  (b)  5.76 × 10– 2  m 
(a)  494 nm  (b)  594 nm 

(c)  640 nm  (d)  700 nm  (2010)  (c)  1.92 × 10 –2  m  (d)  3.84 × 10– 2  m 

5.  Ionisation energy of He+   is 19.6 × 10 –18 J atom –1 . The energy  (2006) 

of  the  first stationary  state (n  = 1)  of Li 2+  is  11.  According  to  Bohr’s  theory,  the  angular  momentum  of  an 

(a)  8.82 × 10 –17  J atom –1  electron in 5t h  orbit is 

(b)  4.41 × 10 –16  J atom –1  (a)  25 h (b)  1.0 h
(c)  – 4.41 × 10 –17  J atom –1  p  p 

(d)  – 2.2 × 10 –15  J  atom –1  (2010)  (c)  10 h (d)  2.5 h (2006) 
p  p 
6.  Calculate the  wavelength (in  nanometre) associated with a 

proton moving  at 1.0  × 10 3  m  s –1 . 
(Mass of proton = 1.67 × 10 –27  kg and h = 6.63 × 10 –34  J s)  12.  Which of the following statements in relation to the hydrogen 
atom  is  correct? 
(a)  0.032 nm  (b)  0.40 nm 
(a)  3s orbital is lower in energy than 3p orbital. 
(c)  2.5 nm  (d)  14.0 nm  (2009) 
(b)  3p orbital is lower in energy than 3d orbital. 
7.  In an atom, an electron is  moving with  a speed of 600 m/s 
(c)  3s and 3p orbitals are of lower energy than 3d orbital. 
with an accuracy of 0.005%. Certainty with which the position 
(d)  3s, 3p and 3d orbitals all have the same energy. 
of the electron can be located is (h = 6.6 × 10 –34  kg m 2 s –1 , 
(2005) 
mass of  electron, e m  = 9.1 × 10 –31  kg) 

8  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

13.  In  a  multi­electron  atom,  which  of  the  following  orbitals  17.  The orbital angular momentum for an electron revolving in an 
described  by the  three  quantum  numbers  will  have  the  same 
energy in the absence of  magnetic  and electric  fields?  orbit  is  given  by  l( l + 1) × h  .  This  momentum  for  an 
(i)  n = 1, l = 0, m = 0 
(ii)  n = 2, l = 0, m = 0  2 p 
(iii)  n = 2, l = 1, m = 1 
(iv)  n = 3, l = 2, m = 1  s­electron  will  be  given  by 
(v)  n = 3, l = 2, m = 0 
(a)  (i) and (ii)  (b)  (ii) and (iii)  (a)  + 1 × h  (b)  zero 
(c)  (iii) and (iv)  (d)  (iv) and (v)  2 2p 
(2005) 
(c)  h  (d)  2 × h 
2 p  2 p 

(2003) 

14.  The wavelength of the radiation emitted, when in a hydrogen  18.  The de Broglie wavelength of a tennis ball of mass 60 g moving 
with a  velocity of 10 metres per second is approximately 
atom electron falls from infinity to stationary state 1, would be  (Planck's constant, h = 6.63 × 10 –34  J s) 
(a)  10 –33  metres  (b)  10– 31  metres 
(Rydberg constant = 1.097 × 107   m– 1)    (c)  10– 16  metres  (d)  10 –25  metres. 
(2003) 
(a)  91 nm  (b)  192 nm 

(c)  406 nm  (d)  9.1 × 10– 8  nm 

(2004)  19.  In Bohr series of lines of hydrogen spectrum, the third line from 

15.  Consider the ground state of Cr atom (Z = 24). The numbers of  the  red end  corresponds to  which  one of  the following  inter­ 

electrons with the azimuthal quantum numbers, l = 1 and 2 are,  orbit  jumps  of  the  electron  for  Bohr  orbits  in  an  atom  of 

respectively  hydrogen? 

(a)  12 and 4  (b)  12 and 5  (a)  3 ® 2  (b)  5 ® 2 

(c)  16 and 4  (d)  16 and 5  (c)  4 ® 1  (d)  2 ® 5 

(2004)  (2003) 

16.  Which of the following sets of quantum numbers is correct for  20.  Uncertainty in position of a  minute particle of mass  25  g  in 
an electron in 4f  orbital? 
space  is  10 –5  m.  What  is  the  uncertainty  in  its  velocity 

1  (in m s –1)  ?  (h = 6.6 × 10 –34  J s) 

(a)  n  =  4,  l  =  3,  m  =  +4,  s  =  2 (a)  2.1 × 10– 34  (b)  0.5 × 10 –34 

1  (c)  2.1 × 10 –28  (d)  0.5 × 10 –23  (2002) 

(b)  n  =  4,  l  =  4,  m  =  –4,  s  =  -  21.  In a hydrogen atom, if energy of an electron in ground state is 
2

1  13.6 eV, then that in the 2 nd  excited state is 
(c)  n  =  4,  l  =  3,  m  =  +1,  s  =  + 
2 (a)  1.51 eV  (b)  3.4 eV 

1  (c)  6.04 eV  (d)  13.6 eV 
(d)  n  =  3,  l  =  2,  m  =  –2,  s  =  +  (2004) 
2 (2002) 

Answer  Key 

1.  (b)  2.  (a)  3.  (c)  4.  (a)  5.  (c)  6.  (b) 
11.  (d)  12.  (d) 
7.  (c)  8.  (a)  9.  (c)  10.  (c)  17.  (b)  18.  (a) 
13.  (d)  14.  (a)  15.  (b)  16.  (c) 
19.  (b)  20.  (c)  21.  (a)

Atomic Structure  9 

1.  (b)  :  E  =  -2.178 ´ 10 -18 Z 2 çæ 1 - 1 ö Þ 242 ´ 103 = 6.63 ´ 10-34 ´ 3 ´ 108   
è n12 n22  ÷ø  6.02 ´ 1023  l

E = -2.178 ´ 10 -18 éê 1 - 1  ù \ l = 6.63 ´ 10-34 ´ 3 ´ 108 ´ 6.02 ´ 10 23 
ëê (2)2 (1) 2 úûú  242 ´ 103 

E = +2.178 ´ 10-18 ´ 3 = 1.6335 ´ 10-18  J  =  0.494 × 10 –6  m =  494 nm 

5.  (c) :  I.E.(He +)   = 19.6 × 10 –18  J atom –1 

E = hc  E 1  (for  H) ×  Z 2  =  I.E. 
l E 1  × 4 =  –19.6 × 10 –18 
E1   (for  Li 2+)    =  E1   (for  H) ×  9 
Þ  l = hc  = 6.62 ´ 10-34  J s ´ 3 ´ 108 m 
E 1.6335 ´ 10-18 J  = -19.6 ´ 10-18  ´ 9  = - 44.1 ´ 10-18 J atom -1 
4
l = 12.14 × 10 –8  m  =  – 4.41 × 10 –17  J  atom –1 

or l = 1.214 × 10 –7  m 

2.  (a) :  (1)  n = 4, l  = 1 Þ  4p  6.  (b) : According to de­Broglie’s  equation,

(2)  n = 4, l  = 0 Þ  4s  h 
mv 
(3)  n = 3, l  = 2 Þ  3d  l = 

(4)  n = 3,  l = 1 Þ  3p  Given, v  = 1.0 × 10 3  m  s –1 

Increasing order of  energy is 3p  <  4s <  3d  <  4p  6.63 ´ 10 -34 
´ 10-27 ´ 1.0 ´ 103 
(4)  < (2) < (3)  < (1)  \ l = 1.67 = 3.9 ´ 10-10  m 

Alternatively,  or l »  0.4 nm 

for  (1)  n +  l =  5 ;  n =  4 

(2)  n +  l =  4 ;  n =  4  7.  (c) :  Given,  velocity  of  e – ,  v  =  600  m s –1 

(3)  n + l =  5 ;  n  =  3  Accuracy  of  velocity  =  0.005% 

(4)  n + l =  4 ;  n  =  3  \ Dv = 6001´000.005 = 0.03 
Lower  n  +  l  means  less  energy  and  if  for  two  subshells  According  to  Heisenberg’s  uncertainty  principle, 
n + l is same than lower  n,  lower will be the energy. 
Thus correct order is (4) <  (2) < (3) <  (1).  Dx × mDv ³ h 
4p 
3.  (c) : We know that 
E =  hu = hc/l  Þ Dx = 4 ´ 6.6 ´ 10 -34 
3.14 ´ 9.1 ´10-31 ´ 0.03

E =  E 1  +  E 2  or  hc = hc + hc = 1.92 × 10 –3  m 
l l1 l 2
8.  (a) : The ionisation of H­atom is the energy absorbed when 

Þ 1 = 1 + 1 Þ 1 = 1 + 1  the  electron  in an  atom  gets  excited  from first  shell (E 1)    to 
l l1 l2 355 680 l 2 
infinity (i.e.,  E¥ ) 
\ l2  = 355 ´ 680  = 742.769 nm » 743 nm  I.E  = E¥  –  E 1 
680 - 355 1.312 × 10 6  =  0 –  E 1 
E1   =  –1.312 ×  10 6  J  mol –1 

4.  (a) : Energy required to break 1 mol of bonds = 242 kJ mol– 1 E2  = - 1.312 ´106 = - 1.3124´  106   
(2) 2 
242 ´ 10 3 
\  Energy required  to  break  1  bond  = 6.02 ´ 1023  J  Energy of electron in second  orbit (n =  2)

hc \  Energy required when an electron makes transition from 

We  know  that, E= n  =  1  to  n  =  2

Given, c  = 3  × 10 8  m  s –1  DE =  E 2  –  E1   = -1.3124´10 6  - (-1.312 ´106 ) 

10  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

=  -1.312 ´ 106 + 5.248 ´ 106    =  0.984  ×  10 6 For l  = 1, total number of electrons = 12 
4 [2p 6  and 3p 6 ] 

DE  = 9.84 ×10 5  J  mol –1  For l  =  2, total  number  of  electrons  =  5  [3d 5 ] 

9.  (c) :  n = 3, l = 0 represents 3s orbital  16.  (c) :  For 4 f  orbital electrons,  n = 4 
n  =  3,  l  =  1  represents  3p  orbital 
n  =  3,  l  =  2  represents  3d  orbital  s  p  d  f 
n =  4,  l =  0  represents  4s  orbital  l = 3 (because  0  1  2 3  ) 
m  =  +3,  +2,  +1,  0,  –1,  –2,  –3 
The order of increasing  energy  of  the orbitals  is  s = ±1/2 
3s <  3p <  4s <  3d. 
17.  (b) : The value of l (azimuthal quantum number) for s ­electron 
10.  (c) :  According to  Heisenberg’s  uncertainty  principle,  is equal to zero. 

Dx ´ Dp = h  Orbital angular momentum =  l (l + 1) × h 
4 p  2 p 

Dx × (m × Dv) = h  Þ Dx = h  Substituting  the  value  of  l  for  s­electron 
4p  4 pm × D v
=  0(0 + 1) × 2h p = 0 
0.001  3 ´10-3 m s -1 
Here  Dv = ´ 300 =
100 
18.  (a) :  l = h  = 6.63 ´ 10-34 ´1 000  m 
6.63 ´ 10 -34  mv 60 ´ 10 
\  Dx = 4 ´ 3.14 ´ 9.1´10-31 ´ 3´ 10 -3 
= 11.05 × 10 –34  m = 1.105 × 10 –33  metres. 

= 1.92 ´ 10-2  m 19.  (b) : The electron has minimum energy in the first orbit and 
its energy increases as n increases. Here n represents number 
11.  (d) :  Angular  momentum  of  the  electron,  mvr =  nh  of orbit,  i.e.  1 st , 2 nd ,  3 rd  .... The  third line from the  red end 
2p  corresponds to yellow region  i.e. 5. In order to obtain  less 
energy  electron  tends  to  come  in  1 st  or  2 nd  orbit.  So  jump 
when  n  =  5  (given) may be involved either 5 ® 1 or 5 ® 2. Thus option (b) is 
correct  here. 
\  Angular  momentum  =  5 h = 2.5 h
2 p p 

12.  (d) :  For  hydrogen  the  energy  order  of  orbital  is  20.  (c)  :  According  to  Heisenberg  uncertainty  principle, 
1s < 2s = 2p  < 3s  = 3p = 3d <  4s = 4p = 4d  =  4f 

13.  (d) :  Orbitals having  same  (n  +  l)  value  in  the  absence of  Dx × mDv = 4p   
electric and magnetic  field  will  have  same  energy. 
6.6 ´10 -34 
1 æ 1 1  ö 1 m -1 çèæ 1 1  ö Dv = 4 ´ 3.14 ´ 25´10 -5 
l R ççè n12 n2 2 ÷÷ø l 12 ¥2 ÷ø
14.  (a)  :  = - Þ  = 1.097 ´107 -

\ l = 91 × 10 –9  m = 91 nm  \  Dv = 2.1 ´ 10 -28 m s -1 

15.  (b) : 24 Cr ® 1s 2 2s2  2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1  21.  (a)  :  2n d  excited  state  will  be  the  3rd  energy  level. 
we know for p,  l = 1 and for  d,  l  =  2. 
E n  = 1n32.6   eV  or  E = 139. 6 = 1.51 eV 

Chemical Bonding and Molecular Structure  11 

CHAPTER  CHEMICAL BONDING AND 

4  MOLECULAR STRUCTURE

1.  Stability of the species Li 2 , Li 2–   and Li 2+  increases in the order  (a)  N 2,   O 2–  , NO +,   CO 
(b)  C2 2 – , O 2–  , CO, NO 
of  (c)  NO +,   C 22 – , CN – , N 2 
(d)  CN –,   N 2 , O 22 – , C 22 – 
(a)  Li2 –   <  Li 2  <  Li+ 2   (2008) 
(b)  Li2   <  Li+ 2   <  Li 2–  
(c)  Li2 –   <  Li+ 2   <  Li 2  (2013)  11.  Which one of the following pairs of species have  the  same 
(d)  Li2   <  Li 2–   <  Li+ 2  
bond  order? 
2.  In which of the  following pairs  of molecules/ions, both the 
(a)  NO +  and CN +  (b)  CN –  and NO + 
species are  not likely  to exist?  (c)  CN –  and CN +  (d)  O 2–   and CN –  (2008) 

(a)  H2 –   ,  He2 2 +  (b)  H2 +  ,    He2 2 –  12.  Which of the following hydrogen bonds is the strongest? 

(c)  H2 –   ,  He2 2 –  (d)  H2 2 + ,  He2   (2013)  (a)  O — H ­ ­ ­ F 

3.  Which one of the following molecules is expected to exhibit  (b)  O — H ­ ­ ­ H 

diamagnetic  behaviour?  (c)  F — H ­ ­ ­ F 

(a)  S 2  (b)  C2   (d)  O — H ­ ­ ­ O  (2007) 
(c)  N 2  (d)  O 2 
(2013)  13.  In which of the following ionization processes, the bond order 

4.  The molecule  having smallest  bond angle  is  has  increased  and  the  magnetic  behaviour  has  changed? 

(a)  AsCl3   (b)  SbCl 3  (a)  N 2 ® N 2+   (b)  C 2 ® C2 +  
(c)  PCl 3  (d)  NCl3  
(2012)  (c)  NO ® NO +  (d)  O 2 ® O 2+   (2007) 

5.  In  which  of  the  following  pairs  the  two  species  are  not  14.  The charge/size ratio of a cation determines its polarizing power. 

isostructural?  Which one of the following sequences represents the increasing 

(a)  PCl 4+   and SiCl 4  (b)  PF5   and BrF 5  order of the polarizing power of the cationic species, K+  , Ca 2+ , 
(c)  AlF 63 –  and SF 6  (d)  CO 32 –  and NO 3–  
(2012)  Mg2 + ,  Be2 + ? 

6.  The  structure of  IF 7  is  (a)  Ca 2+  < Mg 2+  < Be+    < K+   
(a)  square pyramid  (b)  trigonal bipyramid 
(b)  Mg2 +  < Be2 +  < K+    < Ca 2+ 

(c)  octahedral  (d)  pentagonal bipyramid.  (2011)  (c)  Be2 +  < K+    < Ca 2+  < Mg 2+ 

(d)  K+    < Ca 2+  < Mg 2+  < Be2 +  (2007) 

7.  The hybridisation of orbitals of N atom in NO 3–  , NO 2+   and NH 4+   15.  Which  of  the  following  species  exhibits  the  diamagnetic 
are  respectively 
behaviour? 
(a)  sp,  sp 2 ,  sp 3  (b)  sp2  ,  sp,  sp 3  (b)  O 22 – 
(a)  NO  (d)  O2  
(c)  sp,  sp 3 ,  sp 2  (d)  sp2  ,  sp 3 ,  sp  (2011)  (c)  O 2+   (2007) 

8.  Among the following the maximum covalent character is shown  16.  In which of the following molecules/ions are all the bonds not 
by  the  compound 
equal? 
(a)  FeCl 2  (b)  SnCl 2 
(c)  AlCl 3  (d)  MgCl2   (2011)  (a)  SF4   (b)  SiF4   (2006) 
(c)  XeF4   (d)  BF4 –  

9.  Using MO theory predict which of the following species has  17.  Among  the  following  mixtures,  dipole­dipole  as  the  major 

the  shortest  bond length?  interaction,  is  present  in 

(a)  O 22+    (b) O +2   (2009)  (a)  benzene and  ethanol 
(c)  O –2   (d)  O 22–   
(b)  acetonitrile and  acetone 

10.  Which  one  of  the  following  constitutes  a  group  of  the  (c)  KCl and water 
isoelectronic  species? 
(d)  benzene and  carbon tetrachloride.  (2006) 

12  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

18.  Which of the following molecules/ions does not contain unpaired  25.  The  pair  of  species  having  identical  shapes  for  molecules  of 

electrons?  both  species  is 

(a)  O 22 –  (b)  B2   (2006)  (a)  CF4 ,  SF4   (b)  XeF2  , CO 2 
(c)  N 2+   (d)  O2   (c)  BF3  , PCl3   (d)  PF5 ,  IF5  

19.  Of the following sets which one does NOT contain isoelectronic  (2003) 

species?  26.  Which one of the following compounds has the smallest bond 

(a)  PO4 3 – , SO4 2 –,   ClO 4–   angle  in  its  molecule? 
(b)  CN – , N 2 , C2 2 – 
(c)  SO3 2 –,   CO 32 –,   NO 3–   (a)  SO2   (b)  OH2   (2003) 
(d)  BO 33 –,   CO 32 –,   NO 3–   (c)  SH2   (d)  NH3  
(2005) 

20.  Which one of the following species is diamagnetic in nature?  27.  Which of the following are arranged in an increasing order of 

(a)  He2  +  (b)  H2   (2005)  their  bond  strengths? 
(c)  H2 +    (d)  H2 –   
(a)  O 2–   < O 2  < O 2+   < O 22 – 
21.  The maximum number of 90° angles between bond pair­bond  (b)  O 22 –  < O 2–   < O 2  < O 2+  
(c)  O 2–   < O 22 –  < O 2  < O 2+  
pair of electrons is observed  in  (d)  O 2+   < O 2  < O 2–   < O 22 – 

(a)  dsp 3  hybridisation  (2002) 

(b)  sp 3d   hybridisation  28.  A square planar complex is formed by hybridisation of which 

(c)  dsp 2  hybridisation  atomic  orbitals? 

(d)  sp 3d   2  hybridisation.  (2004)  (a)  s, px  , py  , dy z  (b)  s, p x , py  , dx  2 – y2   
(c)  s, px  , p y , dz  2  (d)  s, p y , p z , dx y 
22.  Which one of the following has the regular tetrahedral structure? 

(a)  XeF4   (b)  SF4   (2002) 

(c)  BF4 –    (d)  [Ni(CN)4  ]2 –  29.  Number of sigma bonds in P4 O   10  is 

(Atomic nos.: B =  5, S =  16, Ni =  28, Xe = 54) 

(2004)  (a)  6  (b)  7 

23.  The bond order in NO is 2.5 while that in NO +  is 3. Which of  (c)  17  (d)  16 

the following statements is true  for these  two species?  (2002) 

(a)  Bond length in NO +  is greater than in NO.  30.  In which of the following species is the underlined carbon having 

(b)  Bond length in NO is greater than in NO +.   sp 3  hybridisation? 

(c)  Bond length in NO +  is equal to that in NO.  (a)  CH3  COOH  (b)  CH3   CH2   OH 
(c)  CH3 C  OCH3   (d)  CH2   CH – CH3  
(d)  Bond length is unpredictable.  (2004) 

24.  The correct order of bond angles (smallest first) in H2 S  , NH3 ,   (2002) 

BF3   and SiH4   is  31.  In which of the following species the interatomic bond angle is 

(a)  H2  S < SiH4   < NH3   < BF3   109°28¢? 

(b)  NH3   < H2  S < SiH4   < BF3   (a)  NH3  , (BF4 )  – 1  (b)  (NH4 )  +  ,  BF3  

(c)  H2  S < NH3   < SiH4   < BF3   (c)  NH3  , BF3   (d)  (NH2 )   –1 , BF3   (2002) 

(d)  H2 S   < NH3   < BF3   < SiH4 .   (2004) 

Answer  Key 

1.  (c)  2.  (d)  3.  (d)  4.  (b)  5.  (b)  6.  (d) 

7.  (b)  8.  (c)  9.  (a)  10.  (c)  11.  (b)  12.  (c) 
13.  (c)  14.  (d)  15.  (b)  16.  (a)  17.  (b)  18.  (a) 
19.  (c)  20.  (b)  21.  (d)  22.  (c)  23.  (b)  24.  (c) 
25.  (b)  26.  (c)  27.  (b)  28.  (b)  29.  (d)  30.  (b) 
31.  (a)

Chemical Bonding and Molecular Structure  13 

1.  (c) :  Species  Bond  order  8.  (c) : We know that, extent of polarisation µ covalent character 

Li 2  1  in ionic  bond. 
Fajan’s  rule  states   that 
Li 2 –  0.5  (i) the polarising power of cation increases, with increase in 
magnitude  of  positive  charge  on  the cation
Li2 +   0.5 

Higher the bond order,  greater is the stability. 

2.  (d) : Species with  zero bond  order  does  not exist.  \  polarising power µ  charge of cation 
H2 2 +  : s(1s) 0
(ii) the polarising power of cation increases with the decrease 
\  Bond  order =  0  in  the  size  of  a  cation.

He 2  : s(1s) 2 s*(1s) 2  \  polarising  power µ  1 
size of cation 

Bond order  =  2 - 2  = 0  Here the AlCl 3  is satisfying the above two conditions i.e., Al 
2 is  in  +3  oxidation  state  and also  has  small  size.  So  it  has 

more  covalent  character. 

3.  (d) : O 2  is expected to be diamagnetic in nature but actually  9.  (a)  :  According  to  MOT,  the  molecular  orbital  electronic 

it is paramagnetic.  configuration  of 

4.  (b) : As we move down the group the size of atom increases  O22 +  : (s1s) 2 (s *1  s) 2 (s2s) 2 (s *2  s) 2 (s2pz) 2 (p2px) 2  = (p2py) 2 
and  as  size  of  central  atom  increases,  lone  pair­bond  pair 

repulsion also increases. Thus  bond  angle decreases.  \ B.O. = 10 - 4 = 3 
Increasing order of  atomic  radius  :  2

N  <  P  < As   <  Sb  O+2  : (s1s) 2(  s * 1s) 2 (s2s) 2(  s * 2s) 2 (s2pz) 2 (p2px) 2 
Decreasing order of  bond  angle  : 
= (p2py) 2 (p * 2px) 1 

NCl 3  > PCl 3  > AsCl 3  > SbCl 3  \ B.O . = 10 - 5 = 2.5 
5.  (b) :  PCl 4+   and  SiCl 4 Þ  both tetrahedral  2

PF 5 Þ  trigonal bipyramidal  O2–  : (s1s) 2(  s *1  s) 2 (s2s) 2(  s * 2s) 2 (s2pz)2  (p2px) 2 
BrF 5 Þ square pyramidal 
AlF 63 –  and SF 6  both are octahedral, CO 32 –  and NO 3–   both are  = (p2py) 2 (p *2  px) 2  = (p * 2py) 1 
trigonal planar. 
\ B.O. = 10 - 7  = 1.5 
6.  (d) : The  structure is  pentagonal bipyramidal  having  sp 3d   3  2

hybridisation as given  below:  O22 –  : (s1s) 2(  s *1  s) 2 (s2s) 2(  s *2  s) 2 (s2pz) 2 (p2px) 2 

= (p2py) 2(  p *2  px) 2  = (p * 2py) 2 

\ B.O. = 10 - 8 = 1.0 
2

Q B.O. µ Bond 1l ength , 

\  O22 +  has  the shortest  bond length. 

10.  (c) :  Number of electrons in each  species are given  below 

7.  (b) :  The structures of  NO 3– ,  NO 2+   and  NH 4+   is  N 2  = 14  CN –  = 14 
sp 2  hybridisation  O 2–   = 17 
sp  hybridisation  C2 2 –  = 14 
NO +  = 14  O 22 –  = 18 

CO  =  14  NO  =  15 

It  is  quite  evident  from  the  above  that  NO + , 

C 22 – , CN –,   N 2 and CO are isoelectronic in nature. Hence option 

(c)  is  correct. 

sp 3  hybridisation  11.  (b) : In the given pair of species, number of electron in NO + 
= number of electron  in  CN –  =  14  electrons. 
So  they are  isoelectronic in  nature.

14  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

Hence bond order of  these  two  species  will  be  also  F  F  ..  
16.  (a) : 
similar  which  is  shown  below.  S 
NO + ® s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 s2p z2  p2p x 2 p2p y 2 
F  F 
B.O = 1/2 [N b  –  N a ] =  1/2 [10  –   4]  SF4  molecule shows sp 3d  hybridisation but its expected trigonal 
or  B.O = 3  bipyramidal  geometry  gets  distorted  due  to  presence  of  a 
CN – ® s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 p2p x2  p2p y 2 s2p z 2 
lone  pair of  electrons and  it  becomes distorted  tetrahedral 
B.O  =1/2 [10  – 4]   or  B.O =  3 
or see­saw with the bond angles equal to 89° and 177° instead 
12.  (c) :  Because of  highest electronegativity  of  F,  hydrogen  of  the  expected  angles  of 90° and  180°  respectively. 
SiF 4  :  sp 3  hybridisation and  tetrahedral  geometry. 
bonding  in  F  —  H  ­  ­  ­  F  is  strongest. 

13.  (c) : Molecular  orbital  configuration  of 

O 2 Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 s2pz  2 p2p x 2 p2p y 2 p*2px  1 p*2p y 1
Þ  paramagnetic 

Bond order  =   10 - 6  =  2 
2
O 2+  Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 s2pz  2 p2p x2  p2p y 2 p*2p x 1 109.5° 

Si 

Þ paramagnetic  F  F 

Bond order  =   10 - 5  =  2.5 
2
XeF 4 : sp 3 d 2  hybridisation, shape is square planar instead of 
N 2 Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 p2p x 2 p2p y 2 p2p Z 2 octahedral  due  to  pres ence  of  two  lone  pair  of  electrons  on 
Þ  paramagnetic 
Xe  atom. 

Bond order  =   10 - 4  =  3  F  F 
2
Xe 
N 2+  Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 p2p x 2 p2p y 2 p2p z 1
Þ  paramagnetic 

Bond order  =   9 - 4  =  2.5  F  F 
2
BF 4 –  :  sp 3  hybridisation  and  tetrahedral  geometry. 
C 2 Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 p2p x 2 p2p y 2
Þ  diamagnetic  17.  (b)  :  Dipole­dipole  interactions  occur  among  the  polar 
molecules.  Polar  molecules  have  permanent  dipoles.  The 
Bond order  =   8 - 4  =  2 
2 positive pole of one molecule is thus attracted by the negative 
C 2+  Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 p2p x 2 p2p y 1 pole of the other molecule. The magnitude of dipole­dipole 
Þ  paramagnetic 
forces in different polar molecules is predicted on the basis 
Bond order  =   7 - 4  =  1.5  of the polarity of the molecules, which in turn depends upon 
2
NO Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s2  s2p z2  p2p x 2 p2py  2 p*2p x 1 the electronegativities of the atoms present in the molecule 
Þ  paramagnetic  and  the  geometry  of  the  molecule  (in  case  of  polyatomic 

Bond order  =   10 - 5  =  2.5  molecules, containing more than two atoms in a molecule). 
2
18.  (a)  :  The  molecular  orbital  configuration  of  O 22 –  ion  is 
NO + Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s2  s2p z 2 p2p x 2 p2p y 2 KK s(2s)2  s*(2s) 2 s(2p z)   2 p(2p x )2  p(2py  ) 2 p*(2px  ) 2 p*(2py  ) 2 
Þ  diamagnetic  Here KK represents non­bonding molecular orbital of 1s orbital. 
O 22 –  contains  no  unpaired  electrons. 
Bond order  =   10 - 4  =  3  The  molecular  orbital  configuration  of  B2   molecule  is 
2 KK s(2s) 2 s*(2s) 2 p(2p x)   1 p(2py  ) 1 
It  contains  2  unpaired  electrons. 
14.  (d)  :  High  charge  and  small  size  of  the  cations  increases  The  molecular  orbital  configuration  of  N +2   ion  is 
KK s(2s) 2 s*(2s) 2 s(2p z)   2 p(2p x)   2 p(2p y )2  s(2p z ) 1 
polarisation.  It contains  one  unpaired electron. 

As the size of the given cations decreases  as  The  molecular  orbital  configuration  of  O 2  molecule  is 
KK s(2s) 2 s*(2s) 2 p(2p x)   2 p(2p y )2  s(2p z ) 2 p*(2px  ) 1 p*(2p y ) 1 
K+    > Ca 2+  > Mg2 +  > Be2 +  It  contains  2  unpaired  electrons. 

Hence,  polarising  power  decreases  as  19.  (c)  :  Number of  electrons  in  SO 32 – 
=  16  +  8  ×  3  +  2  =  42 
K+    < Ca 2+  < Mg2 +  <  Be2 + 
Number  of  electrons  in  CO 32 – = 6 + 8 × 3 + 2=  32 
15.  (b) :  Molecular  orbital  configuration  is  Number of electrons  in NO 3–   = 7  + 8  × 3  +  1=  32 
These are  not isoelectronic species as number  of electrons 
NO Þ s1s2  s*1s2  s2s 2 s*2s 2 s2p z 2 p2p x 2 p2p y2  p*2p x 1
Þ  paramagnetic  are  not   same.

O 2 Þ s1s 2 s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 s2p z 2 p2px  2 p2p y 2 p*2p x1  p*2p y 1
Þ  paramagnetic 

O 22 – Þ s1s2  s*1s 2 s2s 2 s*2s 2 s2p z 2 p2p x2  p2p y 2 p*2p x2  p*2p y2 
Þ  diamagnetic 

O 2+  Þ s1s 2 s*1s 2 s2s2  s*2s 2 s2p z 2 p2p x 2 p2p y2  p*2p x 1
Þ  paramagnetic 

Chemical Bonding and Molecular Structure  15 

20.  (b)  :  He 2 + ® s(1s) 2 s*(1s) 1 ,  one  unpaired  electron  25.  (b) : Central atom in each being sp hybridised shows linear 
H2  ® s(1s) 2 s*(1s)0  ,  no  unpaired  electron 
H2 +  ® s(1s) 1 s*(1s) 0,    one  unpaired  electron  shape. 
H2 –  ® s(1s) 2 s*(1s) 1 ,  one  unpaired  electron. 
Due to absence of unpaired electrons, H 2 will be diamagnetic.  F  —  Xe  —  F  O  C  O 

21.  (d) :  26.  (c) :  SO 2  OH 2  SH 2  NH 3 

Bond angle :  119.5°  104.5°  92.5°  106.5° 

27.  (b)  :  Molecular  orbital  configuration  of 
O 2 Þ s(1s) 2s*(1s)2  s(2s)2  s*(2s)2  s(2p z ) 2p(2px  ) 2

dsp 2 hybridisation  p(2p y )2  p*(2p x)   1p*(2p y)   1;    B.O. = 10 - 6 = 2 
dsp 2  hybridisation  2
(four  90°  angles  between  sp 3 d  or  dsp 3  hybridisation 
bond  pair  and  bond  pair)  (six  90°  angles  between  O 2+  Þ s(1s) 2s*(1s) 2s(2s) 2s*(2s) 2s(2p z ) 2p(2px  ) 2
bond  pair  and  bond  pair) 
10 - 5 = 2.5 
p(2p y ) 2p*(2p x ) 1; B.O. = 2

O 2–  Þ s(1s) 2s*(1s) 2s(2s) 2s*(2s) 2s(2p z ) 2p(2p x ) 2

p(2p y ) 2p*(2p x)   2p*(2p y)   1;    B.O. = 10 - 7  = 1.5 
2

sp 3 d 2 hybridisation  O 22 – Þ s(1s) 2s*(1s)2  s(2s)2  s*(2s) 2s(2p z)   2p(2px  ) 2
(twelve 90° angle between bond pair and bond pair) 

2–  F  –  p(2p y )2  p*(2p x ) 2p*(2p y)   2 ;  B.O. = 10 - 8 = 1 
NC  CN  2

22.  (c) :  Ni  B  Hence  increasing order  of  bond order  is 
NC  CN  F  O 22 –  < O 2–   < O 2  <  O 2+  

square planar  F  F  28.  (b) : dsp 2 hybridisation gives square planar structure with s, 
px  , p y  and  d x2   – y 2  orbitals  with  bond  angles  of  90°. 
regular tetrahedral 
O
F  .. 
F  F  F 

Xe  O PO

S  F  F  ..  F  29.  (d)  :  O P OP O
..   O
square planar  OP
O

see­saw shaped  O 

No. of s  bonds  = 16 

23.  (b) : Higher the bond order, shorter will be the bond length.  No. of p  bonds = 4 
Thus  NO +  is  having  higher  bond  order  than  that  of NO  so 
NO +  has  shorter bond  length.  O  O 

24.  (c) :  The  correct order  of  bond  angle  (smallest  first) is  30.  (b) : In molecules (a)  CH 3  C  OH  , (c)  CH 3  C  CH 3 

H 2 S  <  NH 3  <    SiH 4  <   BF 3  and (d) (CH 2  CH — CH 3 ), the carbon atom has a multiple 
92.6° <  107° < 109°28¢  <  120°  bond,  only  (b) has  sp 3  hybridization. 

××  H  F  31.  (a) : Both undergoes sp 3 hybridization. The expected bond angle 
should be 109º28¢ but actual bond angle is less than  109º28¢ 
H  109°28¢  120°  because of the repulsion between lone pair and  bonded  pairs 
107°  N  due  to  which  contraction  occurs.
Si  B 
92.6° 

S  H  H H  H  H  H  F  F 

16  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

CHAPTER  CHEMICAL 
THERMODYNAMICS


1.  A piston filled with 0.04 mol of an ideal gas expands reversibly  (a)  – 22.88 kJ  (b)  – 228.88 kJ 

from 50.0 mL to 375 mL at a constant temperature of 37.0°C.  (c)  + 228.88 kJ  (d)  – 343.52 kJ  (2009) 

As it does so, it absorbs 208 J of heat. The values of q  and  7.  In a fuel cell methanol is used as fuel and oxygen gas is used 

w for the process will be (R = 8.314 J/mol K) (ln 7.5 = 2.01)  as an oxidizer. The  reaction is 
(a)  q = + 208 J, w = + 208 J 
(b)  q = + 208 J, w = – 208 J  CH 3 OH ( l ) + 23  O 2( g )  CO 2( g ) + 2 H 2 O ( l ) . 

(c)  q = – 208 J, w = – 208 J  At 298 K standard Gibb’s energies of formation for CH 3 OH (l) , 

(d)  q = – 208 J, w = + 208 J  (2013)  H2 O   (l)  and  CO 2(g)  are  –166.2,  –237.2  and  –394.4  kJ  mol –1 

2.  The  incorrect expression  among  the  following  is  respectively. If standard enthalpy of combustion of methanol 

wreversible  = - nRT ln Vf is  –726  kJ  mol –1,    efficiency  of  the  fuel  cell will  be 
Vi
(a)  in isothermal  process,  (a)  80 %  (b)  87% 

(b)  ln K =  DH° - TDS° (c)  90%  (d)  97%  (2009) 
RT
8.  Standard entropy of X2 ,  Y2   and XY3   are 60,  40 and  50 J K– 1  mol– 1,  
(c)  K =  e–  DG°/RT  respectively.  For  the  reaction,    1/2  X 2  +  3/2  Y 2 ®  XY3  ,

DGsystem  = -T DH = –30 kJ, to be  at equilibrium, the temperature will be 
DS  total
(d)  (2012)  (a)  1000 K  (b)  1250 K 

3.  The  entropy  change  involved  in  the  isothermal  reversible  (c)  500 K  (d)  750 K  (2008) 

expansion of  2 moles  of  an  ideal  gas  from a  volume of 10  9.  Oxidising  power  of  chlorine  in  aqueous  solution  can  be 

dm3   to  a volume  of  100  dm 3  at  27°C is  determined  by the parameters indicated  below: 

(a)  38.3 J mol –1  K –1  (b)  35.8 J mol –1  K –1  (2011)  –  Cl (g )  – Cl – (g )  D hydH  –  Cl – (aq ) 
(c)  32.3 J mol –1  K –1  (d)  42.3 J mol –1  K –1  D eg H
1/2 Cl2  (g)   1/2 D dissH 

4.  The standard enthalpy of formation of NH3   is – 46 kJ mol– 1 .  The  energy  involved  in  the  conversion of  1/2  Cl 2(g) to  Cl –(  aq) 
If  the  enthalpy  of  formation  of  H 2  from  its  atoms  is  (using data, D dissH  –Cl2    = 240 kJ mol–  1,   D egH  –Cl  = –349 kJ mol –1,  
– 436 kJ mol –1  and that of N 2  is –712 kJ mol –1 , the average  D hyd H–C  l –  = –381 kJ mol–  1)    will be 
bond  enthalpy  of N—H bond  in NH 3  is 

(a)  – 1102 kJ mol –1 (b)  – 964  kJ mol –1  (a)  +120 kJ mol –1  (b)  +152 kJ mol –1 

(c)  + 352 kJ mol –1  (d)  + 1056 kJ mol –1  (2010)  (c)  –610 kJ mol –1  (d)  –850 kJ mol –1  (2008) 

5.  For a particular reversible reaction at temperature T, DH and 10.  Identify the correct statement regarding a spontaneous process: 

DS  were  found  to  be  both  +ve.  If  T e  is  the  temperature  at  (a)  Lowering  of  energy  in  the  reaction  process  is  the  only 
equilibrium, the  reaction  would  be  spontaneous  when  criterion  for  spontaneity. 

(a)  T = T e  (b)  Te   > T  (b)  For a spontaneous process in an isolated system, the change 

(c)  T > T e  (d)  Te   is 5 times  T  (2010)  in  entropy  is  positive. 

6.  On the basis of the following thermochemical data : (D f G°  (c)  Endothermic processes are never spontaneous. 

H+  (  aq)  = 0).  (d)  Exothermic processes are always spontaneous.  (2007) 

H2 O   (l) ® H +(  aq) + OH – (aq)  ; DH = 57.32 kJ  11.  Assuming that water vapour is an ideal gas, the internal energy 
H2(g) + 21 O2(g) ® H2O(l ) ; DH  = - 286.2 kJ  change (DU) when 1 mol of water is vapourised at 1 bar pressure 
and 100°C, (given : molar enthalpy of vapourisation of water at 

The  value of  enthalpy  of  formation of  OH –  ion  at  25°C  is  1 bar and 373 K = 41 kJ mol– 1  and R = 8.3 J mol– 1 K– 1)   will be 

Chemical  Thermodynamics  17 

(a)  41.00 kJ mol– 1  (b)  4.100 kJ mol– 1  (a)  100 kJ mol– 1  (b)  200 kJ mol– 1  (2005) 
(c)  3.7904 kJ mol– 1  (c)  800 kJ mol– 1  (d)  400 kJ mol– 1 
(d)  37.904 kJ mol– 1 
(2007)  18.  A schematic plot of ln Ke q  versus inverse of temperature for a 
reaction  is  shown  in  the  figure.  The  reaction  must  be 
12.  In conversion of limestone  to  lime, 

CaCO 3(s) ® CaO( s)  + CO 2(g)  6.0 
the  values  of DH°  and DS°  are  +179.1  kJ  mol –1  and 

160.2 J/K respectively at 298 K and 1 bar. Assuming that DH° 

and DS°  do  not  change  with  temperature,  temperature  above  ln K eq 

which  conversion  of  limestone  to  lime  will  be  spontaneous  is 

(a)  1118 K  (b)  1008 K  2.0 
1.5 × 10 –3 
(c)  1200 K  (d)  845 K  (2007)  2.0 × 10 –3 

13.  (DH – DU) for the formation of carbon monoxide (CO) from its  1/T (K –1 ) 

elements  at  298  K  is  (a)  exothermic 

(R  = 8.314  JK –1  mol –1 )  (b)  endothermic 

(a)  –1238.78 J mol– 1  (b)  1238.78 J mol– 1  (c)  one with negligible enthalpy change 

(c)  –2477.57 J mol– 1  (d)  2477.57 J mol– 1  (2006)  (d)  highly spontaneous at ordinary temperature.  (2005) 

14.  The  enthalpy  changes  for  the  following  processes  are  listed  19.  Consider the reaction: N 2 + 3H2  ® 2NH3  carried out at constant 
temperature and pressure. If DH and DU are the enthalpy and 
below: 
internal energy changes for the reaction, which of the following 
Cl2 (g)  = 2Cl( g) , 242.3 kJ mol– 1 
I2 (g)  = 2I (g) , 151.0 kJ mol– 1  expressions  is  true? 
ICl( g)  = I (g)  + Cl( g) , 211.3 kJ mol– 1 
I 2(s)  = I2 (g) , 62.76 kJ mol– 1  (a) DH = 0  (b) DH = DU 
Given that the standard states for  iodine and chlorine are I2 (s) 
(c) DH < DU  (d) DH > DU 
and Cl2 (g) , the standard enthalpy of formation for ICl( g)  is 
(a)  – 14.6 kJ mol– 1  (b)  –16.8 kJ mol– 1  (2005) 

20.  For a  spontaneous  reaction the DG, equilibrium  constant  (K) 

(c)  +16.8 kJ mol– 1  (d)  +244.8 kJ mol– 1  (2006)  and E° cell  will be respectively 
(a)  –ve, >1, +ve  (b)  +ve, >1, –ve 

15.  An ideal gas is allowed to expand both reversibly and irreversibly  (c)  –ve, <1, –ve  (d)  –ve, >1, –ve  (2005) 
in an isolated system. If Ti  is the initial temperature and Tf  is the 
final temperature, which of the following statements is correct?  21.  The enthalpies of combustion of carbon and carbon monoxide 

(a)  (Tf  ) irrev  > (Tf )  r ev  are  –393.5  and  –283  kJ  mol– 1  respectively.  The  enthalpy  of 
(b)  Tf   >  Ti   for  reversible  process  but  Tf   =  Ti   for  irreversible 
formation  of  carbon  monoxide  per  mole  is 
process 
(a)  110.5 kJ  (b)  676.5 kJ 
(c)  (Tf  ) rev  = (Tf )   irrev 
(d)  Tf  = Ti   for both reversible and irreversible processes.  (c)  –676.5 kJ  (d)  –110.5 kJ  (2004) 

(2006)  22.  An  ideal  gas  expands  in  volume  from  1  ×  10 –3  m 3  to 

1 × 10– 2  m3  at 300 K against a constant pressure of 1 × 105   Nm– 2.  

The  work  done  is 

16.  The  standard  enthalpy  of  formation  (DH f °)  at  (a)  – 900 J  (b)  – 900 kJ 
298  K  for  methane,  CH4 (g)  is  –74.8  kJ  mol– 1.   The  additional 
information  required  to  determine  the  average  energy  for  (c)  270 kJ  (d)  900 kJ  (2004) 
C – H bond formation  would be 
23.  The internal energy change when a system goes from state A to 
(a)  the dissociation energy of H2  and enthalpy of sublimation 
of  carbon  B is 40 kJ/mole. If the system goes from A to B by a reversible 

(b)  latent heat  of vaporisation  of  methane  path and returns to state A by an irreversible path what would 

(c)  the  first  four  ionisation  energies  of  carbon  and  electron  be  the  net  change  in  internal  energy? 
gain  enthalpy of  hydrogen 
(a)  40 kJ  (b)  > 40 kJ 
(d)  the  dissociation  energy  of  hydrogen  molecule,  H2 .  
(2006)  (c)  < 40 kJ  (d)  zero  (2003) 

17.  If the bond dissociation energies of XY, X 2 and Y2   (all diatomic  24.  In an irreversible process taking place at constant T and P and 
molecules) are in the ratio of 1 : 1 : 0.5 and DH f for the formation  in which only pressure­volume work is being done, the change 
of XY is –200 kJ mol– 1.  The bond dissociation energy of X 2 will  in  Gibbs  free  energy  (dG)  and  change  in  entropy  (dS),  satisfy 
be  the  criteria 
(a)  (dS)V , E  < 0, (dG)T , P  < 0 
(b)  (dS)V , E  > 0, (dG)T , P  < 0

18  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

(c)  (dS)V , E  = 0, (dG)T , P  = 0  (2003)  (a)  violates 1s t  law  of thermodynamics 
(d)  (dS)V , E  = 0, (dG)T , P  > 0 
(b)  violates 1 st  law of thermodynamics if Q1   is  –ve 
25.  The enthalpy change for a reaction  does not depend upon the  (c)  violates 1 st  law of thermodynamics if Q 2  is  –ve 
(a)  physical states of reactants and products  (d)  does not violate 1 st  law of  thermodynamics.  (2002) 
(b)  use of different reactants for  the  same  product 
(c)  nature of intermediate reaction  steps  28.  If an endothermic reaction is non­spontaneous at freezing point 
(d)  difference  in  initial  or  final  temperatures  of  involved 
substances.  of  water  and  becomes  feasible  at  its  boiling  point,  then 
(2003) 
(a) DH is –ve, DS is +ve 

(b) DH and DS both are +ve 

(c) DH and DS both are –ve 

26.  If  at  298  K  the  bond  energies  of  C  –  H,  C  –  C,  (d) DH is +ve, DS is –ve  (2002) 

C  C and H – H bonds are respectively 414, 347, 615 and  29.  For the reactions, 
C + O 2 ® CO 2  ; DH = –393 J 
435 kJ mol– 1,  the  value of enthalpy  change for  the reaction  2Zn + O 2 ® 2ZnO ; DH = –412 J 
(a)  carbon can  oxidise Zn 
H2  C  CH2 (g)  + H2 (g) ® H3 C   – CH3 (g)  (b)  oxidation of carbon is not feasible 
at  298  K  will  be  (c)  oxidation of Zn is not feasible 
(d)  Zn can  oxidise carbon. 
(a)  +250 kJ  (b)  –250 kJ 

(c)  +125 kJ  (d)  –125 kJ.  (2003) 

27.  A heat engine absorbs heat Q 1 at temperature T1  and heat Q 2 at  (2002) 
temperature T 2.  Work done by the engine is J (Q1   + Q 2)  . This 
data 

Answer  Key 

1.  (b)  2.  (b)  3.  (a)  4.  (c)  5.  (c)  6.  (b) 
7.  (d)  8.  (d)  11.  (d)  12.  (a) 
13.  (a)  14.  (c)  9.  (c)  10.  (b)  17.  (c)  18.  (a) 
19.  (c)  20.  (a)  23.  (d)  24.  (b) 
25.  (c)  26.  (d)  15.  (a)  16.  (a)  29.  (d)

21.  (d)  22.  (a) 

27.  (d)  28.  (b) 

Chemical  Thermodynamics  19 

1.  (b) : As it absorbs heat, 7.  (d) : For the  given  reaction, 

\  q = + 208 J  CH3OH(l) + 32 O2(g ) ¾¾® CO2(g) + 2H2O(l) , 
DH  = –726  kJ mol –1 
wr ev  =  æ VV 12  ø÷ö 
-2.303 nRT log 10 èç also, DG°f [CH3OH(l)] = –166.2 kJ mol –1
DG°f  [H2O(l )]  =  –237.2  kJ  mol –1 
wr ev  =  -2.303 ´ (0.04) ´ 8.314 ´ 310  log 10 æèç 375 ö and DG°f [CO2(g)] = –394.4 kJ mol –1 
50 ÷ø

\  wr ev  = –  207.76 »  –  208 J 

2.  (b) : DG° = –RT lnK Now, DG°reaction  = å DG o - å DG of  reactants 
f  products 

DG° = DH° –  TDS° =  [–394.4  +  2  ×  (–237.2)]  –  (–166.2) 
=  – 702.6  kJ mol –1 
DH° –  TDS° = –RT  lnK 

ln K = - æ DH° - TDS° ö % Efficiency = DDHG  ´ 100 = --77 0226.6 ´100 
èç RT ÷ø  =  96.77%

3.  (a) :  Entropy change for an  isothermal process  is  \  Efficiency »  97% 

DS = 2.303nR log æ V2 ö 8.  (d)  :  1 X2 + 32  Y2 ®  XY3 
çè V1 ÷ø  2

DS = 2.303 ´ 2 ´ 8.314 ´ log æèç 11000 ÷öø  DSr0eaction = DSp0roducts - DS  r0e actants 

= 38.294 J mol –1  K –1 » 38.3  J mol –1  K –1 

4.  (c) :  1/2N 2  + 3/2H 2  NH 3  \  DS 0 = DS 0 - 1 DS 0 2 - 3  DSY02   
B.E.      712  436  reaction  XY3 2 X 2 

= 50 - 1 ´ 60 - 3  ´ 40 =  –  40  J  K –1  mol –1 
2 2
é ù
\ (DH°f )NH3 = ëê 1 B.E.N2 + 32 B.E.H2  - 3B.E.N  - H úû Using equation, DG = DH – TDS 
2
We have DH =  – 30 kJ, DS = – 40 J K– 1 mol– 1 and at equilibrium

é1 3 ´ 3B.E.N  - H ùúû DG  = 0. Therefore 
ëê 2 2
- 46 = ´ 712 + 436 - D H  -30-´4100  00 =
DS
T  = = 750 K 

– 46  = 356 + 654  – 3B.E. N—H  9.  (c)  :  1  Cl2( g )® Cl ( g )  ; 
3B.E.N  —H  = 1056  2 

B.E.N- H  = 1056  = 352 kJ mol -1  DH1 = 1 D diss H Ce-l 2 =  2420 = 120 kJ mol -1 
3 2

5.  (c) : According to  Gibb’s  formula, Cl(g) ® Cl(-g) ;  DH2 = Deg H Ce-l   = -349 kJ mol-1 

DG = DH –  TDS  Cl(-g ) + aq ® Cl(-aq ) ; 
DH3 = Dhyd H e- = -381 kJ mol-1 
Since DH  and DS,  both  are  +ve,  for DG  <  0,  the  value  of 

T >  T e . 

6.  (b) :  The  reaction  for  the  formation  of  OH – (aq)  is  The  required  reaction  is  1  Cl2( g ) ® Cl(-aq ) ; D H

H 2( g ) + 12  O 2( g ) 
H (+ aq ) + OH (– a q )  1  e- Deg H e- + Dhyd H e- 

This is  obtained by adding  the two  given  equations. Then  DH = D diss H +

\ DH  for  the  above reaction  = 57.32  +  (–286.2)  = 120 + (– 349) +  (–381) = –610  kJ mol –1

=  –228.88 kJ 

20  JEE MAIN CHAPTERWISE EXPLORER 

10.  (b) : In an isolated system, there is neither exchange of energy  16.  (a) : C + 2H2  ® CH4   ; DH° = –74.8 kJ mol– 1 
nor  matter  between  the  system  and  surrounding.  For  a  In order to calculate average energy for C – H bond formation 
spontaneous process in an isolated system, the change in entropy  we should know  the following data. 
is positive, i.e. DS >  0.  C( graphite) ® C (g)  ; DH°f  =  enthalpy of sublimation of carbon 
Most of the spontaneous chemical reactions are exothermic. A  H2 (g) ® 2H( g)  ; DH° = bond dissociation  energy of H2  
number of endothermic reactions are spontaneous e.g. melting 
of ice (an  endothermic  process) is  a  spontaneous reaction.  17.  (c) : Let the bond dissociation energy of XY, X2   and Y2   be x kJ 
The two factors which  are responsible  for the  spontaneity of  mol– 1 , x kJ mol– 1  and 0.5x kJ mol– 1  respectively. 
a  process  are 
(i)  tendency to acquire  minimum energy  1 + 1  XY ; DH f  = -200 kJ mol -1 
(ii)  tendency to acquire  maximum randomness.  2 X2 2 Y2  ®

DHr eaction = [(sum of bond dissociation energy of all reactants) 
– (sum  of bond dissociation  energy of product)] 

11.  (d) :  DU = DH – D nRT =  é1 DH X2 + 1  - DH ù
êë 2 2 DHY2  XY úû 
=  41000  –  1  ×  8.314    ×  373 
=  41000  –  3101.122  = x + 0.5 x - x = -200 
= 37898.878 J mol– 1  =  37.9 kJ mol– 1  2 2 

12.  (a) :  For DG° = DH° – TDS°  \  x = 200  =  800 kJ mol -1 
For a spontaneous process DG° < 0  0.25 
i.e. DH° – TDS° < 0 
or DH° <  TDS°    or,  TDS° > DH°  ln K 2  = DH é 1 - 1 ù
(a) :  K1 ê T2 úû 
18.  R ë T1

T  DH °  i.e.  T >  179.1 ´ 1000 
or  >  ln 6 = DH [1.5 ´10-3 - 2 ´ 10-3 ] 
D S°  160.2  2  R

or  T > 1117.9 K » 1118 K 

13.  (a) : DH – DU = Dng  RT  or,  ln 3 = DH  ´ (-0.5 ´ 10-3 ) 
1  R

C +  2  O 2 ® CO  DH  of  reaction  comes  out  to  be  negative.  Hence  reaction  is 
exothermic. 
Dng  =1- æçè1 + 1ö = - 1 
2ø÷ 2  19.  (c) : N 2  + 3H2  ® 2NH3 
Dn  =  2  –  4  =  –2
DH – DU =  - 1 ´ 8.314 ´ 298 = - 1238.78 J mol -1  DH = DU + DnRT = DU – 2RT
2 \ DH < DU 

1  1  20.  (a) : For spontaneous process, DG = –ve 
14.  (c) :  2 I 2 (s)  +  2 Cl2  (g) ® ICl (g) Now DG = –RT ln K 
When K > 1, DG = –ve 
DH ICl( g)  =  é 1 DH I2 (s)®I2 ( g ) + 1 DH I -I + 1 DH ù -[DH  I-Cl ]  Again DGº = – nFEº 
ëê 2 2 2  Cl-Cl ûú  When Eº = +ve, DGº = –ve 

= é 1 ´ 62.76 + 1 ´151.0 + 1 ´ 242.3úùû - [211.3]  21.  (d) : C( s)  + O 2(g) ® CO 2(g)  ; DH = –393.5 kJ mol– 1  .. (i) 
ëê 2 2 2

=  [31.38  +  75.5 + 121.15]  – 211.3  CO (g)  +  12  O 2(g) ® CO 2(g)  ; DH = –283 kJ mol– 1  ...  (ii) 
=  228.03  –  211.3  =  16.73  kJ/mol 
On  subtraction  equation  (ii)  from  equation  (i),  we  get 
15.  (a) : If a gas was to expand by a certain volume reversibly, then  C( s)  + O 2(g) ® CO (g)  ; DH = –110.5 kJ mol– 1 
it  would  do  a  certain  amount  of  work  on  the  surroundings.  If  The enthalpy of  formation of carbon monoxide  per  mole 
it was to expand irreversibly it would have to do the same amount 
of work on the surroundings to expand in volume, but it would  =  –110.5  kJ  mol–  1 
also  have  to  do  work  against  frictional  forces.  Therefore  the 
amount  of  work  have  greater  modulus  but  –ve  sign.  22.  (a) : W = – PDV 
Wi rrev.  >  Wr eve.  ;   (Tf )  i rrev.  >  (Tf )  r ev. 
= –1 × 105  (1 × 10– 2  – 1 × 10 –3)   

= –1 × 10 5  × 9 × 10– 3  = –900 J


Click to View FlipBook Version