Reduction to free Metal Questions in Gujarati

(B) સ્મેલ્ટિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન શેકેલી તાંબાની કાચી ધાતુમાં રહેલી ફેરસ ઓક્સાઇડ $(FeO)$ ની અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
ભૂંજન (roasting) દરમિયાન,કાચી ધાતુમાં રહેલા આયર્ન સલ્ફાઇડ ઓક્સિજન સાથે પ્રક્રિયા કરીને આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ બનાવે છે.
$2FeS + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2$
સિલિકા એસિડિક ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે અને બેઝિક અશુદ્ધિ $FeO$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પીગળી શકાય તેવો સ્લેગ,આયર્ન સિલિકેટ ($FeSiO_3$ અથવા $FeO \cdot SiO_2$) બનાવે છે.
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3 \text{ (સ્લેગ)}$
આ સ્લેગ પીગળેલા મેટ (matte) કરતા ઓછી ઘનતા ધરાવે છે અને તેને સરળતાથી દૂર કરી શકાય છે.

(C) એલ્યુમિનિયમના નિષ્કર્ષણ માટેની હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોય છે અને તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે.
ગલનબિંદુ ઘટાડવા અને વિદ્યુત વાહકતા વધારવા માટે,તેને ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ ના પીગળેલા મિશ્રણમાં ઓગાળવામાં આવે છે.

(B) $K$,$Ca$,$Na$,$Al$ અને $Mg$ જેવી પ્રબળ વિદ્યુત-ધન ધાતુઓના ઓક્સાઈડ ખૂબ જ સ્થાયી હોય છે.
કાર્બન રિડક્શન દ્વારા તેમને ધાતુ સ્વરૂપમાં ઘટાડવા મુશ્કેલ છે કારણ કે તેમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ કાર્બન કરતા ઘણી વધારે હોય છે.
આવી ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ તેમના પીગળેલા ક્લોરાઈડ/ઓક્સાઈડ/હાઈડ્રોક્સાઈડમાંથી વિદ્યુત પ્રવાહ (વિદ્યુત વિભાજન પ્રક્રિયા) પસાર કરીને કરવામાં આવે છે.
તેથી,પૃથ્વીના પોપડામાં ઉચ્ચ સાંદ્રતા ધરાવતી અને જેના ઓક્સાઈડનું કાર્બન દ્વારા રિડક્શન ન થઈ શકે તેવી ધાતુના નિષ્કર્ષણ માટે સૌથી યોગ્ય પદ્ધતિ વિદ્યુત વિભાજન પ્રક્રિયા છે.

(B) ઉદ્દીપક એવો પદાર્થ છે જે પ્રક્રિયા માટે વૈકલ્પિક માર્ગ પૂરો પાડીને સક્રિયકરણ ઉર્જા ઘટાડે છે. સામાન્ય રીતે,ઉદ્દીપક પ્રક્રિયાની ઝડપ વધારે છે.
થર્મિટ પ્રક્રિયામાં,$2 Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2 Fe$ જેવી પ્રક્રિયાઓ અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક હોય છે અને તેમાં ઉદ્દીપકની જરૂર પડતી નથી.
જ્યારે સંપર્ક વિધિમાં $V_2O_5$,ઓસ્ટવાલ્ડ પ્રક્રિયામાં $Pt/Rh$ અને હેબર પ્રક્રિયામાં $Fe$ ઉદ્દીપક તરીકે વપરાય છે.

(B) રિફ્રેક્ટરી પદાર્થો એવા પદાર્થો છે જે ખૂબ ઊંચા ગલનબિંદુ ધરાવે છે અને પીગળ્યા વિના,નરમ પડ્યા વિના અથવા રાસાયણિક ફેરફારો વિના અત્યંત ઊંચા તાપમાનને સહન કરી શકે છે. તેથી,તેનો ઉપયોગ ભઠ્ઠીઓની અંદરની સપાટી બનાવવા માટે થાય છે.

(B) સ્ટીલ ઉત્પાદન માટેની સૌથી આધુનિક પદ્ધતિ $L.D.$ (Linz-Donawitz) પ્રોસેસ છે,જેમાં પીગળેલા પિગ આયર્નમાં ઓક્સિજન ફૂંકવામાં આવે છે.

(A) એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ના વિદ્યુતવિભાજનીય રિડક્શન માટેની હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિનાનું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું $(2323 \ K)$ હોય છે.
ગલનબિંદુને આશરે $1140 \ K$ સુધી ઘટાડવા અને પીગળેલા મિશ્રણની વિદ્યુત વાહકતા વધારવા માટે,બે સહાયક વિદ્યુતવિભાજ્યો ઉમેરવામાં આવે છે: ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$.
આમ,$X$ અને $Y$ ક્રાયોલાઇટ અને ફ્લોરસ્પાર છે.

(A) $Cu$ અથવા $Fe$ જેવી ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,ફ્લક્સ અને અશુદ્ધિઓ (gangue) વચ્ચેની પ્રક્રિયાથી સ્લેગ બને છે.
સ્લેગ સામાન્ય રીતે પીગળેલી ધાતુ કરતા હલકો હોય છે અને તેનું ગલનબિંદુ નીચું હોય છે.
તેની ઓછી ઘનતાને કારણે,તે પીગળેલી ધાતુની સપાટી પર તરે છે,જેનાથી તેને સરળતાથી અલગ કરી શકાય છે.

(A) ધાતુના ઓક્સાઇડનું કાર્બન $(C)$ દ્વારા રિડક્શન એ ઓક્સાઇડની થર્મોડાયનેમિક સ્થિરતા અને કાર્બન કરતા ઓક્સિજન માટે ધાતુની આકર્ષણ શક્તિ પર આધાર રાખે છે.
ખૂબ જ સક્રિય ધાતુઓ જેવી કે આલ્કલી ધાતુઓ ($K$,$Na$) અને આલ્કલાઇન અર્થ ધાતુઓ ($Ca$,$Mg$) ખૂબ જ સ્થિર ઓક્સાઇડ બનાવે છે,જેનું સામાન્ય ધાતુશાસ્ત્રીય તાપમાને કાર્બન દ્વારા રિડક્શન કરી શકાતું નથી.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$CaO$ અને $K_2O$ એ ખૂબ જ સક્રિય ધાતુઓ ($Ca$ અને $K$) ના ઓક્સાઇડ છે,જે ઓક્સિજન માટે ખૂબ જ ઊંચી આકર્ષણ શક્તિ ધરાવે છે.
તેથી,તેમને કાર્બન દ્વારા તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડ્યુસ કરી શકાતા નથી.

(C) એલ્યુમિનો થર્મિટ પ્રક્રિયામાં,$Fe_2O_3$ જેવા ધાતુના ઓક્સાઇડનું એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને રિડક્શન કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે: $Fe_2O_3(s) + 2Al(s) \rightarrow 2Fe(l) + Al_2O_3(s) + \text{Heat}$. અહીં,$Al$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે (ઇલેક્ટ્રોન ગુમાવે છે) અને તે ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરે છે,તેથી તે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(C) કોપરના સલ્ફાઇડ અયસ્કમાંથી કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,ધાતુ $Cu_2O$ ના $Cu_2S$ સાથેના સ્વયં-રિડક્શન (self-reduction) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
પ્રથમ,સલ્ફાઇડ અયસ્કને હવામાં ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી તેનો અમુક ભાગ કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય: $2 Cu_2S + 3 O_2 \rightarrow 2 Cu_2O + 2 SO_2$.
ત્યારબાદ,બાકી રહેલ કોપર$(I)$ સલ્ફાઇડ ઉત્પન્ન થયેલા કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુમય કોપર બનાવે છે: $2 Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6 Cu + SO_2$.
આ પ્રક્રિયાને સ્વયં-રિડક્શન તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(B) આપેલ પ્રક્રિયાઓ મેકઆર્થર-ફોરેસ્ટ સાયનાઇડ પ્રક્રિયા દર્શાવે છે જે સિલ્વર $(Ag)$ અથવા ગોલ્ડ $(Au)$ જેવી ઉમદા ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ માટે વપરાય છે.
સિલ્વર માટે સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણો નીચે મુજબ છે:
$4Ag + 8CN^{-} + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^{-} + 4OH^{-}$
$2[Ag(CN)_2]^{-} + Zn \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-} + 2Ag$
આમ,ધાતુ $M$ એ સિલ્વર $(Ag)$ છે.

(A) સોનાના નિષ્કર્ષણમાં સોનાની કાચી ધાતુનું હવાની હાજરીમાં (જે $O_2$ નો સ્ત્રોત છે) $CN^-$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે નિક્ષાલન કરવામાં આવે છે,જે ઓક્સિડેશનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$4Au(s) + 8CN^-(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 4[Au(CN)_2]^-(aq) + 4OH^-(aq)$
અહીં,$[x] = [Au(CN)_2]^-$.
ત્યારબાદ ઝિંકનો ઉપયોગ કરીને વિસ્થાપન દ્વારા સંકીર્ણમાંથી સોનું મેળવવામાં આવે છે,જે વધુ સક્રિય ધાતુ છે:
$2[Au(CN)_2]^-(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
અહીં,$[y] = [Zn(CN)_4]^{2-}$.

(B) કોપર ગ્લાન્સ $(Cu_2S)$ માંથી કોપરના વ્યાપારી નિષ્કર્ષણમાં,આ પ્રક્રિયાને સ્વ-રિડક્શન (self-reduction) તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
પ્રથમ,સલ્ફાઇડ અયસ્કને હવામાં આંશિક રીતે શેકવામાં આવે છે જેથી કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડ બને છે:
$Cu_2S + \frac{3}{2}O_2 \to Cu_2O + SO_2$
ત્યારબાદ,બાકી રહેલ કોપર$(I)$ સલ્ફાઇડ બનેલા કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુમય કોપર ઉત્પન્ન કરે છે:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
આ બેસેમર કન્વર્ટરમાં થતી મુખ્ય પ્રક્રિયા છે.

(C) Hall-Heroult પ્રક્રિયામાં,ગ્રેફાઇટ એનોડ એનોડ પર મુક્ત થતા ઓક્સિજન વાયુ દ્વારા ઓક્સિડેશન માટે સંવેદનશીલ હોય છે,જે તેના ક્ષરણ તરફ દોરી જાય છે. આને રોકવા માટે,પીગળેલા ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સપાટી પર $Coke$ પાવડર છાંટવામાં આવે છે. $Coke$ પાવડરનું આ પડ ઓક્સિજનને ગ્રેફાઇટ એનોડના સંપર્કમાં આવતા અટકાવે છે,જેનાથી તેનું ઓક્સિડેશનથી રક્ષણ થાય છે.

(A) $Zn$ નું તેના અયસ્ક (ઝિંક બ્લેન્ડ,$ZnS$) માંથી નિષ્કર્ષણ કરવા માટે પહેલા તેને શેકવામાં આવે છે જેથી $ZnO$ બને છે.
ત્યારબાદ $ZnO$ નું ઊંચા તાપમાને કાર્બન (કોક) નો ઉપયોગ કરીને $Zn$ ધાતુમાં રિડક્શન કરવામાં આવે છે: $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$.
$Zn$ નું ઉત્કલન બિંદુ નીચું $(907 \ ^\circ C)$ હોવાથી,તેને નિસ્યંદન પદ્ધતિ દ્વારા શુદ્ધ કરવામાં આવે છે,જેમાં ધાતુનું બાષ્પીભવન કરીને તેને ઠારીને શુદ્ધ ધાતુ મેળવવામાં આવે છે.

(C) પ્રક્રિયા $C_{(s)} + 1/2 O_{2(g)} \to CO_{(g)}$ માટે,વાયુના મોલની સંખ્યા વધે છે $(\Delta n_g = +0.5)$,તેથી એન્ટ્રોપી ફેરફાર $\Delta S$ ધન છે.
પ્રક્રિયા $C_{(s)} + O_{2(g)} \to CO_{2(g)}$ માટે,વાયુના મોલની સંખ્યા સમાન રહે છે $(\Delta n_g = 0)$,તેથી $\Delta S$ લગભગ શૂન્ય છે.
તેથી,$\Delta S(C \to CO) > \Delta S(C \to CO_2)$.
આમ,વિધાન $(C)$ ખોટું છે.

(A) કોપર પાયરાઇટ્સ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,આયર્ન સલ્ફાઇડ $(FeS)$ ને આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ માં રૂપાંતરિત કરવા માટે અયસ્કને શેકવામાં (roasting) આવે છે.
$2FeS + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2$
$FeO$ ની અશુદ્ધિ દૂર કરવા માટે,ફ્લક્સ તરીકે સિલિકા $(SiO_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે.
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (સ્લેગ).
આમ,સ્લેગ બનાવવા માટે $SiO_2$ ઉમેરવામાં આવે છે.

(D) સ્વ-રિડક્શન,જેને ઓટો-રિડક્શન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તે એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં ધાતુના સલ્ફાઈડ અયસ્કને આંશિક રીતે શેકવામાં આવે છે જેથી તેનું ઓક્સાઈડ બને છે,જે પછી બાકી રહેલા સલ્ફાઈડ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને બાહ્ય રિડક્શન એજન્ટની જરૂર વગર ધાતુ ઉત્પન્ન કરે છે.
આ પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે $Cu$,$Pb$ અને $Hg$ જેવી ધાતુઓ માટે વપરાય છે.
ઉદાહરણ તરીકે,ગેલેના $(PbS)$ માંથી લેડ $(Pb)$ ના નિષ્કર્ષણમાં:
$2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2$
$2PbO + PbS \rightarrow 3Pb + SO_2$
તેથી,સાચો વિકલ્પ $D$ છે.

(C) ચાંદીના નિષ્કર્ષણ માટેની મેક-આર્થર ફોરેસ્ટ સાયનાઇડ પ્રક્રિયામાં,સિલ્વર સલ્ફાઇડ $(Ag_2S)$ કાચી ધાતુને સોડિયમ સાયનાઇડ $(NaCN)$ અથવા પોટેશિયમ સાયનાઇડ $(KCN)$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$Ag_2S + 4KCN \rightarrow 2K[Ag(CN)_2] + K_2S$
આ પ્રક્રિયામાં દ્રાવ્ય સંકીર્ણ $K[Ag(CN)_2]$ બને છે,જે ચાંદીને કાચી ધાતુમાંથી અલગ કરવામાં મદદ કરે છે.

(C) પ્રક્રિયા $(iii)$ સોડિયમ ધાતુ મેળવવા માટે વપરાય છે,જે $NaCl$ અને $CaCl_2$ ના મિશ્રણના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા થાય છે (ડાઉન્સ પ્રક્રિયા).
પ્રક્રિયા $(i)$ મોન્ડ પ્રક્રિયા છે,જે નિકલના શુદ્ધિકરણ માટે વપરાય છે. અશુદ્ધ નિકલ $CO$ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને બાષ્પશીલ નિકલ ટેટ્રાકાર્બોનિલ,$Ni(CO)_4$ બનાવે છે,જેનું ઊંચા તાપમાને વિઘટન કરીને શુદ્ધ નિકલ મેળવવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયા $(ii)$ સ્વ-રિડક્શન (auto-reduction) છે,જે કોપર ગ્લાન્સ $(Cu_2S)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ માટે વપરાય છે.
તેથી,સોડિયમ,નિકલ અને કોપર માટેની પ્રક્રિયાઓ અનુક્રમે $(iii), (i)$ અને $(ii)$ છે.

(A) $1$. $Cu$ ($Cu_2S$ માંથી) અને $Hg$ ($HgS$ માંથી) જેવી ધાતુઓ સ્વ-રિડક્શન (ભુંજન) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
$2$. જે ધાતુઓ વિદ્યુતરાસાયણિક શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજન કરતા ઓછી સક્રિય હોય છે,તે મંદ $H_2SO_4$ જેવા એસિડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને $H_2$ વાયુ મુક્ત કરતી નથી.
$3$. $Cu$ અને $Hg$ સક્રિયતા શ્રેણીમાં હાઇડ્રોજનની નીચે આવે છે,તેથી તેઓ મંદ $H_2SO_4$ માંથી $H_2$ ને વિસ્થાપિત કરી શકતા નથી.
$4$. $Zn$,$Pb$,$Mn$ અને $Al$ હાઇડ્રોજન કરતા વધુ સક્રિય છે અને $H_2$ વાયુ મુક્ત કરશે.

(C) $1$. આ પ્રક્રિયાઓ ઝિંક $(Zn)$ ના નિષ્કર્ષણનું વર્ણન કરે છે.
$2$. અયસ્ક '$X$' એ ઝિંક બ્લેન્ડ $(ZnS)$ છે,જેનું ભૂંજન (Roasting) કરવાથી ઝિંક ઓક્સાઇડ $(Y = ZnO)$ અને $SO_2$ મળે છે.
$3$. અયસ્ક '$Z$' એ કેલેમાઇન $(ZnCO_3)$ છે,જેનું કેલ્સિનેશન (Calcination) કરવાથી ઝિંક ઓક્સાઇડ $(Y = ZnO)$ અને $CO_2$ મળે છે.
$4$. $1673 \ K$ તાપમાને કાર્બન $(C)$ સાથે ઝિંક ઓક્સાઇડ $(ZnO)$ નું રિડક્શન નીચે મુજબ થાય છે: $ZnO + C \xrightarrow{1673 \ K} Zn(g) + CO(g)$.
$5$. અહીં,'$A$' એ ઝિંક બાષ્પ $(Zn)$ છે અને '$B$' એ કાર્બન મોનોક્સાઇડ $(CO)$ છે.

(D) સાચો વિકલ્પ $D$ છે.
કાર્બન રિડક્શન મધ્યમ ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવિટી ધરાવતી ધાતુઓ માટે યોગ્ય છે.
$MgO$ (મેગ્નેશિયમ ઓક્સાઇડ) ની રચનાની ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા $(\Delta G_f^{\circ})$ ખૂબ જ ઊંચી નકારાત્મક હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તે અત્યંત સ્થિર છે.
કાર્બન વ્યાપારી રીતે શક્ય તાપમાને $MgO$ નું $Mg$ માં રિડક્શન કરી શકતું નથી કારણ કે જરૂરી તાપમાન ખૂબ ઊંચું હોય છે,તેથી $Mg$ માટે ઇલેક્ટ્રોલિટીક રિડક્શન એ પસંદગીની પદ્ધતિ છે.
તેનાથી વિપરીત,$PbO$,$SnO_2$,અને $ZnO$ નું કાર્બન દ્વારા સરળતાથી રિડક્શન થાય છે.

(B) ઓછી ગુણવત્તાવાળી કાચી ધાતુમાંથી $Cu$ નું નિષ્કર્ષણ હાઇડ્રોમેટલર્જી દ્વારા કરવામાં આવે છે,જેમાં કાચી ધાતુનું એસિડ અથવા બેક્ટેરિયા દ્વારા નિક્ષાલન કરવામાં આવે છે.
પરિણામી દ્રાવણમાં $Cu^{2+}$ આયનો હોય છે.
$Cu$ ધાતુ મેળવવા માટે,આપણે દ્રાવણમાંથી $Cu$ ને વિસ્થાપિત કરવા માટે વધુ સક્રિય ધાતુનો ઉપયોગ કરીએ છીએ.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Cu^{2+}(aq) + M(s) \rightarrow Cu(s) + M^{2+}(aq)$.
$Zn$ અને $Fe$ બંને $Cu$ ને વિસ્થાપિત કરી શકે છે કારણ કે તેઓ $Cu$ કરતા વધુ સક્રિય છે.
જોકે,$Zn$ ની સરખામણીમાં $Fe$ ઘણો સસ્તો છે અને ભંગાર તરીકે વધુ સરળતાથી ઉપલબ્ધ છે.
તેથી,નિક્ષાલિત $Cu$ ની કાચી ધાતુના રિડક્શન માટે $Fe$ નો ભંગાર આર્થિક રીતે વધુ યોગ્ય છે.

(A) $Cu_2O$ અને $Cu_2S$ વચ્ચેની પ્રક્રિયા એ કોપર ધાતુના નિષ્કર્ષણમાં વપરાતી સ્વયં-રિડક્શન પ્રક્રિયા છે.
સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$

(A) એલિન્ધામ આકૃતિમાં,જે ધાતુનો ઓક્સિડેશન વક્ર નીચે હોય તે ધાતુ,ઉપર રહેલા વક્રવાળી ધાતુના ઓક્સાઇડ માટે સારો રિડક્શનકર્તા હોય છે.
$1673 \ K$ થી નીચે,$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ નો વક્ર $4/3Al + O_2 \rightarrow 2/3Al_2O_3$ ના વક્રની નીચે છે,જેનો અર્થ છે કે $\Delta G^o_{MgO} < \Delta G^o_{Al_2O_3}$. તેથી,$Mg$ એ $1673 \ K$ થી નીચે $Al_2O_3$ નું $Al$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.
$1673 \ K$ થી ઉપર,$Al$ ના ઓક્સિડેશનનો વક્ર $Mg$ ના ઓક્સિડેશન વક્રની નીચે છે,જેનો અર્થ છે કે $Al$ એ $MgO$ નું $Mg$ માં રિડક્શન કરી શકે છે. તેથી,$Al_2O_3$ રિડક્શનકર્તા નથી,પરંતુ $Al$ છે.
આમ,માત્ર વિધાન $(A)$ સાચું છે.

(D) ચાંદી $(Ag)$ નું તેના અયસ્કમાંથી નિષ્કર્ષણ નીચેના તબક્કાઓ દ્વારા થાય છે:
$1$. અયસ્કને હવાની $(O_2)$ હાજરીમાં $NaCN$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવીને દ્રાવ્ય સંકીર્ણ બનાવવામાં આવે છે:
$4Ag + 8NaCN + 2H_2O + O_2 \to 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH$
અહીં,$A = Na[Ag(CN)_2]$ છે.
$2$. ત્યારબાદ ઝિંક $(Zn)$ ઉમેરીને સંકીર્ણમાંથી ચાંદી મેળવવામાં આવે છે,જે રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે:
$2Na[Ag(CN)_2] + Zn \to Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$
અહીં,$B = Na_2[Zn(CN)_4]$ છે.
$3$. આ પ્રક્રિયા ઓક્સિડેશન અને રિડક્શન (રેડોક્ષ પ્રક્રિયા) ધરાવતી વિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે,જેમાં $Zn$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે અને $Ag^+$ નું રિડક્શન થઈને $Ag$ મળે છે.
તેથી,આપેલા તમામ વિકલ્પો સાચા છે.

(A) સ્વ-રિડક્શન (ઓટો-રિડક્શન) એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં ધાતુના સલ્ફાઇડને આંશિક રીતે શેકવામાં આવે છે જેથી ઓક્સાઇડ બને છે,જે પછી બાકી રહેલા સલ્ફાઇડ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુ આપે છે.
$1. PbS$ સ્વ-રિડક્શન અનુભવે છે: $2PbS + 3O_2 \to 2PbO + 2SO_2$ અને $PbS + 2PbO \to 3Pb + SO_2$.
$2. Cu_2S$ સ્વ-રિડક્શન અનુભવે છે: $2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$ અને $2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$.
$3. HgS$ સ્વ-રિડક્શન અનુભવે છે: $2HgS + 3O_2 \to 2HgO + 2SO_2$ અને $2HgO + HgS \to 3Hg + SO_2$.
$4. ZnS$ સ્વ-રિડક્શન દ્વારા રિડ્યુસ થઈ શકતું નથી કારણ કે ઝિંક ઓક્સાઇડ $(ZnO)$ નું $ZnS$ દ્વારા સરળતાથી રિડક્શન થતું નથી. તેના બદલે,$ZnO$ નું રિડક્શન કાર્બન $(C)$ દ્વારા કરવામાં આવે છે.
તેથી,$ZnS \to Zn$ માટે સ્વ-રિડક્શન શક્ય નથી.

(B) $Ag_2S$ (સિલ્વર સલ્ફાઇડ) ના નિક્ષાલનમાં,પ્રક્રિયા પ્રતિવર્તી છે:
$Ag_2S + 4 NaCN \rightleftharpoons 2 Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$
પ્રક્રિયાને આગળ વધારવા માટે,નીપજ $Na_2S$ ને દૂર કરવી જરૂરી છે.
હવાનો પ્રવાહ (ઓક્સિજન) પસાર કરવાથી $Na_2S$ નું ઓક્સિડેશન $Na_2SO_4$ (સોડિયમ સલ્ફેટ) અને સલ્ફરમાં થાય છે,જે પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયાને અટકાવે છે.

(D) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં,દહન વિસ્તાર એ નીચેનો ભાગ છે જ્યાં કોક ગરમ હવાના પ્રવાહની હાજરીમાં સળગીને $CO_2$ અને ઉષ્મા ઉત્પન્ન કરે છે.
આ વિસ્તારમાં થતી મુખ્ય પ્રક્રિયા $C + O_2 \to CO_2$ $(\Delta H < 0)$ છે.
આપેલ વિકલ્પોમાં આ પ્રક્રિયા ન હોવાથી,સાચો જવાબ $D$ છે.

(A) શુદ્ધ એલ્યુમિનાનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં કેટલીક મુશ્કેલીઓ આવે છે. શુદ્ધ એલ્યુમિના વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે.
શુદ્ધ એલ્યુમિનાનું ગલનબિંદુ આશરે $2000^{\circ} C$ છે અને આ તાપમાને એલ્યુમિનિયમનું ઉત્કલનબિંદુ $1800^{\circ} C$ હોવાથી,ઉત્પન્ન થયેલ ધાતુ બાષ્પીભવન પામે છે.
આ મુશ્કેલીઓને દૂર કરવા માટે એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$,ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ ના મિશ્રણનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે,જે ગલનબિંદુને ઘટાડીને આશરે $900^{\circ} C$ કરે છે અને વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે.

(C) આપેલ સમીકરણ $Au$ (ગોલ્ડ) અથવા $Ag$ (સિલ્વર) જેવી ઉમદા ધાતુઓના નિક્ષાલન (leaching) પ્રક્રિયાને દર્શાવે છે,જેમાં હવા $(O_2)$ ની હાજરીમાં સોડિયમ સાયનાઇડ $(NaCN)$ ના મંદ દ્રાવણનો ઉપયોગ થાય છે.
આ સોના અને ચાંદીના નિષ્કર્ષણ માટેની મેકઆર્થર-ફોરેસ્ટ સાયનાઇડ પ્રક્રિયાનું મુખ્ય પગલું છે.
તેથી,ધાતુ $M$ એ $Au$ (ગોલ્ડ) અથવા $Ag$ (સિલ્વર) છે.

(D) એલિંગહામ આકૃતિમાં, કાર્બન દ્વારા $FeO$ નું રિડક્શન થઈને $CO$ ઉત્પન્ન થવાની પ્રક્રિયા: $2FeO + 2C \rightarrow 2Fe + 2CO$ છે।
જ્યારે આ સંયુક્ત પ્રક્રિયા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જાનો ફેરફાર $(\Delta G^\circ)$ ઋણ હોય ત્યારે આ પ્રક્રિયા સ્વયંભૂ બને છે।
આકૃતિમાં જોતા, કાર્બનનું $CO$ માં ઓક્સિડેશન $(2C + O_2 \rightarrow 2CO)$ અને આયર્નનું $FeO$ માં ઓક્સિડેશન $(2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO)$ ની રેખાઓ બિંદુ $A$ પર છેદે છે।
બિંદુ $A$ થી ઉપરના તાપમાને, $2C + O_2 \rightarrow 2CO$ ની રેખા $2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO$ ની રેખાની નીચે આવે છે, જેનો અર્થ છે કે $C$ દ્વારા $FeO$ નું રિડક્શન થર્મોડાયનેમિકલી અનુકૂળ બને છે $(\Delta G^\circ < 0)$।
તેથી, આ રિડક્શન બિંદુ $A$ થી ઉપરના તાપમાને થાય છે।

(B) ચાંદીના નિષ્કર્ષણ માટેની સાયનાઇડ પ્રક્રિયામાં,કાચી ધાતુને હવાની હાજરીમાં $NaCN$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવીને દ્રાવ્ય સંકીર્ણ બનાવવામાં આવે છે: $4Ag + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^- + 4OH^-$.
ત્યારબાદ આ દ્રાવણમાં ઝિંક ઉમેરવામાં આવે છે જે સંકીર્ણમાંથી ચાંદીને મુક્ત કરે છે: $2[Ag(CN)_2]^- + Zn \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-} + 2Ag$.
આ પ્રક્રિયામાં,$Zn$ નું $Zn^{2+}$ માં ઓક્સિડેશન થાય છે અને $Ag^+$ નું $Ag$ માં રિડક્શન થાય છે. તેથી,ઝિંક રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) કોપર મેટ કોપર પાયરાઇટ્સ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન મેળવવામાં આવે છે.
તે મુખ્યત્વે ક્યુપ્રસ સલ્ફાઇડ $(Cu_2S)$ અને થોડા પ્રમાણમાં ફેરસ સલ્ફાઇડ $(FeS)$ નું પીગળેલું મિશ્રણ છે.
તેથી,તેમાં $Cu_2S$ નો મુખ્ય જથ્થો હોય છે.

(C) કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,શેકેલી અયસ્કને સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે અને રિવર્બરેટરી ભઠ્ઠીમાં ગરમ કરવામાં આવે છે.
આયર્ન ઓક્સાઇડ $(FeO)$ સિલિકા સાથે પ્રક્રિયા કરીને આયર્ન સિલિકેટ સ્લેગ $(FeSiO_3)$ બનાવે છે,જેને દૂર કરવામાં આવે છે.
બાકી રહેલું મિશ્રણ,જેને કોપર મેટ કહેવાય છે,તે મુખ્યત્વે ક્યુપ્રસ સલ્ફાઇડ $(Cu_2S)$ અને ફેરસ સલ્ફાઇડ $(FeS)$ ધરાવે છે.
આમ,કોપર મેટમાં કોપર $(I)$ અને આયર્ન $(II)$ ના સલ્ફાઇડ્સ હોય છે.

(C) કાર્બન રિડક્શનનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે $Fe$,$Zn$ જેવી ધાતુઓના નિષ્કર્ષણ માટે થાય છે.
જોકે,$Cr$ અને $Mn$ જેવી ધાતુઓ માટે કાર્બન રિડક્શન પસંદ કરવામાં આવતું નથી કારણ કે આ ધાતુઓ ઊંચા તાપમાને કાર્બન પ્રત્યે વધુ આકર્ષણ ધરાવે છે.
રિડક્શન પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ઊંચા તાપમાને,$Cr$ અને $Mn$ કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરીને સ્થાયી આંતરાલીય કાર્બાઇડ્સ (જેમ કે $Cr_3C_2$,$Mn_7C_3$) બનાવે છે.
આ કાર્બાઇડ્સ ધાતુને અશુદ્ધ બનાવે છે અને નિષ્કર્ષણ પ્રક્રિયાને બિનકાર્યક્ષમ બનાવે છે.

(A) ડાઉન્સની પ્રક્રિયામાં,સોડિયમ ક્લોરાઇડ $(NaCl)$ અને કેલ્શિયમ ક્લોરાઇડ $(CaCl_2)$ ના પીગળેલા મિશ્રણના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા સોડિયમ મેળવવામાં આવે છે.
આ મિશ્રણમાં સામાન્ય રીતે $40\, \% \ NaCl$ અને $60\, \% \ CaCl_2$ હોય છે.
$CaCl_2$ ઉમેરવાનો મુખ્ય હેતુ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મિશ્રણના ગલનબિંદુને $801\, ^{\circ}C$ થી ઘટાડીને આશરે $600\, ^{\circ}C$ કરવાનો છે,જે કાર્યકારી તાપમાન ઘટાડે છે અને સોડિયમ ધાતુના બાષ્પીભવનને અટકાવે છે.
કેથોડ પર: $Na^{+} + e^{-} \longrightarrow Na$
એનોડ પર: $2Cl^{-} \longrightarrow Cl_2 + 2e^{-}$

(B) તેની કાચી ધાતુ $Ag_2S$ (આર્જેન્ટાઈટ) માંથી સિલ્વરનું નિષ્કર્ષણ નીચેના પગલાંઓ દ્વારા થાય છે:
$1$. લીચિંગ: $Ag_2S + 4NaCN \to 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$. અહીં,$(A)$ એ $Na[Ag(CN)_2]$ છે.
$2$. વિસ્થાપન: $2Na[Ag(CN)_2] + Zn \to Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$. અહીં,$(B)$ એ $Ag$ (સિલ્વર ધાતુ) છે.
તેથી,$(A)$ એ $Na[Ag(CN)_2]$ છે અને $(B)$ એ $Ag$ છે.

(C) કાર્બન રિડક્શન પ્રક્રિયા સામાન્ય રીતે મધ્યમ વિદ્યુત-ધન (electropositive) ધાતુઓ જેવી કે $Zn, Fe,$ અને $Sn$ માટે વપરાય છે.
$Al$ અને $Mg$ જેવી ધાતુઓ ખૂબ જ વિદ્યુત-ધન છે અને તેમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ખૂબ વધારે હોય છે.
તેમના ઓક્સાઈડ ($Al_2O_3$ અને $MgO$) અત્યંત સ્થાયી છે અને સામાન્ય વ્યાવસાયિક તાપમાને કાર્બન દ્વારા તેનું રિડક્શન થઈ શકતું નથી.
જોકે $MgO$ નું રિડક્શન ખૂબ ઊંચા તાપમાને (આશરે $2000^{\circ} C$) કાર્બન દ્વારા શક્ય છે,પરંતુ ઊર્જાની જરૂરિયાત અને તકનીકી મુશ્કેલીઓને કારણે તેને વ્યાવસાયિક હેતુઓ માટે ઉપયોગમાં લેવામાં આવતું નથી.
તેથી,$Al_2O_3$ અને $MgO$ માટે કાર્બન રિડક્શન વ્યાવસાયિક રીતે લાગુ પડતું નથી.

(C) કોપર ગ્લાન્સ $(Cu_2S)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,અયસ્કને આંશિક રીતે ભૂંજીને ક્યુપ્રસ ઓક્સાઇડ $(Cu_2O)$ બનાવવામાં આવે છે.
બાકી રહેલ $Cu_2S$ ત્યારબાદ બનેલા $Cu_2O$ સાથે પ્રક્રિયા કરે છે,જેને સ્વયં-રિડક્શન (auto-reduction) કહેવામાં આવે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ: $Cu_2S + 2Cu_2O \to 6Cu + SO_2$.
આમ,$Cu_2S$ નું $Cu_2O$ દ્વારા ઓક્સિડેશન થઈને કોપર ધાતુ મળે છે.

(D) ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જા ફેરફાર અને સંતુલન અચળાંક વચ્ચેનો સંબંધ $\Delta G^\circ = -RT \ln K_p$ છે,જેને $-\ln K_p = \frac{\Delta G^\circ}{RT}$ તરીકે ફરીથી લખી શકાય છે.
પ્રતિક્રિયા સ્વયંભૂ હોવા માટે,$\Delta G^\circ < 0$ હોવું જોઈએ,જેનો અર્થ છે કે $-\ln K_p < 0$.
એલિંગહામ આકૃતિ પરથી,$T > 1200 \ K$ પર,$C_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)} \to CO_{(g)}$ પ્રતિક્રિયા માટે $-\ln K_p$ નું મૂલ્ય $M_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)} \to MO_{(s)}$ કરતા ઓછું છે.
આ સૂચવે છે કે $T > 1200 \ K$ પર $CO$ નું નિર્માણ $MO$ કરતા વધુ થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર છે.
તેથી,કાર્બન $1200 \ K$ થી વધુ તાપમાને $MO_{(s)}$ નું $M_{(s)}$ માં રિડક્શન કરી શકે છે,પ્રતિક્રિયા $MO_{(s)} + C_{(s)} \to M_{(s)} + CO_{(g)}$ મુજબ.

(C) તાંબાના નિષ્કર્ષણમાં,$FeO$ એ બેઝિક અશુદ્ધિ (gangue) તરીકે હાજર હોય છે.
આ અશુદ્ધિને દૂર કરવા માટે $SiO_2$ ને એસિડિક ફ્લક્સ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે.
તેઓ પ્રક્રિયા કરીને પીગળી શકે તેવો સ્લેગ,$FeSiO_3$ બનાવે છે.
પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $\mathop {FeO}\limits_{\text{બેઝિક અશુદ્ધિ}} + \mathop {SiO_2}\limits_{\text{એસિડિક ફ્લક્સ}}$ $\longrightarrow \mathop {FeSiO_3}\limits_{\text{સ્લેગ}}$

(C) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાંથી મેળવવામાં આવતા લોખંડને $Pig \ Iron$ (કાચું લોખંડ) કહેવામાં આવે છે. તેમાં આશરે $4 \%$ કાર્બન અને $S, P, Si, Mn$ જેવી ઘણી અશુદ્ધિઓ ઓછી માત્રામાં હોય છે.

(C) પાવડર સ્વરૂપના એલ્યુમિનિયમ દ્વારા થતા રિડક્શનને ગોલ્ડસ્મિડ એલ્યુમિનોથર્મિક પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ એવા કિસ્સાઓમાં થાય છે જ્યાં ધાતુઓનું ગલનબિંદુ $(m.p.)$ ખૂબ ઊંચું હોય અને તેમને તેમના ઓક્સાઇડમાંથી મેળવવાની હોય.

(B) ધાતુશાસ્ત્રમાં ધાતુના ઓક્સાઈડનું તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડક્શન કરવા માટે કાર્બનનો રિડક્શનકર્તા તરીકે ઉપયોગ થાય છે.
જોકે,કાર્બન $Ca$,$K$,$Na$ અને $Mg$ જેવી અત્યંત સક્રિય ધાતુઓના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરી શકતું નથી કારણ કે આ ધાતુઓની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ કાર્બન કરતા ઘણી વધારે હોય છે.
આપેલા વિકલ્પોમાં,$CaO$ અને $K_2O$ અનુક્રમે અત્યંત સક્રિય આલ્કલાઇન અર્થ અને આલ્કલી ધાતુઓના ઓક્સાઈડ છે.
તેથી,તેમનું કાર્બન દ્વારા રિડક્શન થઈ શકતું નથી.

(A) ફ્યુઝ્ડ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે અને તેનું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું હોય છે. શુદ્ધ એલ્યુમિનામાં ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ ઉમેરવાથી તેનું ગલનબિંદુ ઘટીને આશરે $1140 \ K$ થાય છે અને તેની વિદ્યુત વાહકતામાં વધારો થાય છે.

(C) ઝિંક બ્લેન્ડ $(ZnS)$ માંથી $Zn$ નું નિષ્કર્ષણ ભુંજણ અને ત્યારબાદ કાર્બન (કોક) દ્વારા રિડક્શન કરીને કરવામાં આવે છે.
પગલું $1$: વધુ પડતી હવાના સંપર્કમાં ઝિંક બ્લેન્ડનું ભુંજણ:
$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{\Delta} 2ZnO + 2SO_2$
પગલું $2$: ઊંચા તાપમાને કાર્બન (કોક) સાથે ઝિંક ઓક્સાઇડનું રિડક્શન:
$ZnO + C \xrightarrow{\Delta} Zn + CO$

(A) એલિન્ધામ આકૃતિમાં,જો કોઈ ધાતુના ઓક્સાઈડ બનવાની રેખા બીજી ધાતુના ઓક્સાઈડ બનવાની રેખાની નીચે હોય,તો તે ધાતુ બીજી ધાતુના ઓક્સાઈડનું રિડક્શન કરી શકે છે.
$1$. $1400\,^\circ C$ તાપમાને,$Al_2O_3$ બનવાની રેખા $ZnO$ બનવાની રેખાની નીચે છે. તેથી,$Al$ એ $ZnO$ નું $Zn$ માં રિડક્શન કરી શકે છે.
$2$. $500\,^\circ C$ તાપમાને,$ZnO$ બનવાની રેખા $CO$ બનવાની રેખાની નીચે છે,તેથી કોક $ZnO$ નું રિડક્શન કરી શકતું નથી.
$3$. $CO$ બનવાની રેખા તમામ તાપમાને $Cu_2O$ બનવાની રેખાની નીચે છે,તેથી કોક $Cu_2O$ નું રિડક્શન કરી શકે છે.
$4$. $800\,^\circ C$ તાપમાને,$ZnO$ બનવાની રેખા $Cu_2O$ બનવાની રેખાની નીચે છે,તેથી $Cu$ એ $ZnO$ નું રિડક્શન કરી શકતું નથી.
આમ,વિકલ્પ $A$ સાચો છે.