Reduction to free Metal Questions in Gujarati

(C) Hall-Heroult પ્રક્રિયા એ પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગળેલા એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું વિદ્યુત વિભાજન છે.
સમગ્ર પ્રક્રિયા છે: $2Al_2O_3 + 3C \longrightarrow 4Al + 3CO_2$.
આ પ્રક્રિયામાં,થતી પ્રતિક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
વિઘટન: $2Al_2O_3 \rightleftharpoons 4Al^{3+} + 6O^{2-}$.
કેથોડ પર: $4Al^{3+} + 12e^- \longrightarrow 4Al$.
એનોડ પર: $6O^{2-} \longrightarrow 3O_2 + 12e^-$.
એનોડ પર ઉત્પન્ન થયેલ ઓક્સિજન વાયુ કાર્બન એનોડ સાથે પ્રતિક્રિયા આપે છે: $2C + 3O_2 \longrightarrow 3CO_2$.

(B) $Hall-Heroult$ પ્રક્રિયામાં,ઇલેક્ટ્રોલિટીક કોષ કાર્બનનું અસ્તર ધરાવતા સ્ટીલના પાત્રનો બનેલો હોય છે,જે કેથોડ તરીકે કાર્ય કરે છે.
તેથી,કેથોડ કાર્બનનો બનેલો હોય છે.

(B) એલિન્ગમ આકૃતિ,જે $\Delta G$ અને $T$ વચ્ચેના આલેખની વક્ર રેખાઓ છે,તે અયસ્કના થર્મલ રિડક્શનની શક્યતાનું અનુમાન કરવામાં મદદ કરે છે.

(B) ગોલ્ડસ્મિટ પ્રક્રિયા,જેને થર્મિટ પ્રક્રિયા તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે,તેમાં ધાતુના ઓક્સાઈડ (જેમ કે $Fe_2O_3$ અથવા $Cr_2O_3$) નું રિડક્શન કરવા માટે રિડક્શનકર્તા તરીકે ધાતુ એલ્યુમિનિયમનો ઉપયોગ થાય છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે અને તેને સામાન્ય સમીકરણ દ્વારા દર્શાવવામાં આવે છે: $M_xO_y + yAl \rightarrow xM + y/2 Al_2O_3 + \text{Heat}$.
એલ્યુમિનિયમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ખૂબ વધારે હોવાથી,તે આ ઓક્સાઈડનું તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં અસરકારક રીતે રિડક્શન કરે છે.

(C) એસિડિક ફ્લક્સનો ઉપયોગ અયસ્કમાંથી બેઝિક અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે થાય છે.
$SiO_2$ એ એસિડિક ફ્લક્સ છે કારણ કે તે $CaO$ અથવા $FeO$ જેવી બેઝિક અશુદ્ધિઓ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પીગળી શકાય તેવો સ્લેગ (slag) બનાવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (સ્લેગ).
$CaO$,$MgO$,અને $Na_2O$ એ બેઝિક ઓક્સાઇડ છે અને બેઝિક ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે.

(B) લોખંડના તેના અયસ્ક (હેમેટાઈટ,$Fe_2O_3$) માંથી નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ ફ્લક્સ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે.
આ ફ્લક્સ અયસ્કમાં રહેલી સિલિકા $(SiO_2)$ અશુદ્ધિ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે,જેને સ્લેગ કહેવામાં આવે છે.
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (સ્લેગ).
સ્લેગ એ પીગળેલી આડપેદાશ છે જે પીગળેલા લોખંડની ઉપર તરે છે અને તેને અલગથી દૂર કરવામાં આવે છે.

(A) સોના અને ચાંદીના નિષ્કર્ષણમાં હવા $(O_2)$ ની હાજરીમાં $CN^{-}$ આયનો સાથે દ્રાવ્ય સંકીર્ણનું નિર્માણ થાય છે.
$4Au(s) + 8CN^{-}(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 4[Au(CN)_2]^{-}(aq) + 4OH^{-}(aq)$
$2Ag(s) + 4CN^{-}(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 2[Ag(CN)_2]^{-}(aq) + 4OH^{-}(aq)$
ત્યારબાદ ઝિંક $(Zn)$ જેવી વધુ વિદ્યુત-ધન ધાતુનો ઉપયોગ કરીને વિસ્થાપન દ્વારા સંકીર્ણમાંથી ધાતુ મેળવવામાં આવે છે:
$2[Au(CN)_2]^{-}(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
$2[Ag(CN)_2]^{-}(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Ag(s)$
આમ,સાચી પદ્ધતિ સંકીર્ણ આયનમાંથી અન્ય કોઈ ધાતુ દ્વારા ધાતુનું વિસ્થાપન છે.

(A) મેક-આર્થર ફોરેસ્ટ પ્રક્રિયાનો ઉપયોગ ચાંદી અને સોનાના નિષ્કર્ષણ માટે થાય છે.
ચાંદીના કિસ્સામાં,ઝીણી દળેલી કાચી ધાતુને હવાની હાજરીમાં સોડિયમ સાયનાઈડ $(NaCN)$ અથવા પોટેશિયમ સાયનાઈડ $(KCN)$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $4Ag + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^- + 4OH^-$.
ચાંદી દ્રાવ્ય ડાયસાયનોઆર્જેન્ટેટ$(I)$ સંકીર્ણ,$[Ag(CN)_2]^-$ સ્વરૂપે ઓગળી જાય છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $A$ છે.

(B) અત્યંત ઇલેક્ટ્રોપોઝિટિવ ધાતુઓ (જેમ કે $Na, K, Mg, Ca, Al$) ઓક્સિજન પ્રત્યે ખૂબ જ આકર્ષણ ધરાવે છે.
તેમના ઓક્સાઈડ અત્યંત સ્થાયી હોય છે,એટલે કે આ ધાતુના ઓક્સાઈડની $\Delta G_f$ ખૂબ જ ઋણ હોય છે.
કાર્બન રિડક્શન શક્ય નથી કારણ કે આ ધાતુઓ ઊંચા તાપમાને કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરીને મુક્ત ધાતુમાં રિડક્શન થવાને બદલે સ્થાયી આયનિક કાર્બાઈડ બનાવે છે.
તેથી,આ ધાતુઓ સામાન્ય રીતે તેમના પીગળેલા ક્ષારોના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

(B) એ $ZnO$ નું રિડક્શન કરી શકે છે કે કેમ તે જાણવા માટે,આપણે પ્રતિક્રિયા ધ્યાનમાં લઈએ: $ZnO_{(s)} + C_{(s)} \rightarrow Zn_{(s)} + CO_{(g)}$.
આ પ્રતિક્રિયા એ પ્રતિક્રિયા $(II)$ અને પ્રતિક્રિયા $(I)$ વચ્ચેનો તફાવત છે:
$\Delta G^o_{reaction} = \Delta G^o_{(II)} - \Delta G^o_{(I)}$
$\Delta G^o_{reaction} = -460\,kJ\,mol^{-1} - (-360\,kJ\,mol^{-1}) = -100\,kJ\,mol^{-1}$.
કુલ $\Delta G^o$ ઋણ હોવાથી,પ્રતિક્રિયા $1000\,^{\circ}C$ તાપમાને સ્વયંભૂ છે.
તેથી,$ZnO$ નું $C$ દ્વારા $Zn$ માં રિડક્શન થઈ શકે છે.

(A) એલિંગહામ આકૃતિ એ એક આલેખ છે જે અયસ્કના ઉષ્મીય રિડક્શનની શક્યતાની આગાહી કરવામાં મદદ કરે છે.
તે સામાન્ય ધાતુઓ અને રિડક્શનકર્તાઓના ઓક્સાઇડના નિર્માણ માટે $\Delta G$ વિરુદ્ધ તાપમાન $(T)$ ના આલેખ ધરાવે છે.
સામાન્ય રીતે દર્શાવવામાં આવતી પ્રક્રિયા: $2xM_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow 2M_xO_{(s)}$ છે.
$\Delta G = \Delta H - T\Delta S$ હોવાથી,એલિંગહામ આકૃતિમાં રેખાનો ઢાળ $-\Delta S$ જેટલો હોય છે.

(A) વર્ણવેલ પ્રક્રિયાને $hydrometallurgy$ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ધાતુને સંકીર્ણ તરીકે ઓગાળવા માટે કાચી ધાતુને યોગ્ય રાસાયણિક પ્રક્રિયક (જેમ કે સોના અથવા ચાંદીના કિસ્સામાં $NaCN$ અથવા $KCN$ નું જલીય દ્રાવણ) સાથે પ્રક્રિયા કરવામાં આવે છે.
ત્યારબાદ,દ્રાવણમાંથી વધુ વિદ્યુત-ધન ધાતુ (જેમ કે $Zn$) ઉમેરીને ધાતુને પુનઃપ્રાપ્ત કરવામાં આવે છે,જે રિડક્શન કર્તા તરીકે કાર્ય કરીને ઉમદા ધાતુના અવક્ષેપ મેળવે છે.

(D) એલ્યુમિનો-થર્મિટ પ્રક્રિયામાં,$Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.
તે ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Fe_2O_3$) નું તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડક્શન કરે છે અને પોતે $Al_2O_3$ માં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે.

(D) ગોલ્ડસ્મિડ એલ્યુમિનો-થર્મિટ પ્રક્રિયા એ રિડક્શન પ્રક્રિયા છે જેમાં ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Fe_2O_3$) ને એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને રિડક્શન દ્વારા ધાતુમાં ફેરવવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે,જે ધાતુને પીગળેલી અવસ્થામાં રાખવા માટે પૂરતી ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે.
રાસાયણિક સમીકરણ છે: $2Al + Fe_2O_3 \to Al_2O_3 + 2Fe$.

(B) ઝિંક બ્લેન્ડ $(ZnS)$ માંથી ઝિંકનું નિષ્કર્ષણ સૌપ્રથમ કાચી ધાતુને ગરમ કરીને (ભુંજન) તેને ઝિંક ઓક્સાઈડ $(ZnO)$ માં ફેરવીને કરવામાં આવે છે,ત્યારબાદ કાર્બન $(C)$ દ્વારા રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
પગલું $1$: ભુંજન: $2 ZnS + 3 O_2 \rightarrow 2 ZnO + 2 SO_2$
પગલું $2$: કાર્બન દ્વારા રિડક્શન: $ZnO + C \xrightarrow{> 1270 \ K} Zn + CO$

(A) રીફ્રેક્ટરી પદાર્થો એવા પદાર્થો છે જે રાસાયણિક કે ભૌતિક ફેરફારો વિના ઊંચા તાપમાનને સહન કરી શકે છે.
$CaO$ અને $MgO$ એ બેઝિક રીફ્રેક્ટરી પદાર્થો છે.
$SiO_2$ એ એસિડિક રીફ્રેક્ટરી પદાર્થ છે.
ગ્રેફાઇટ એ ભઠ્ઠીઓમાં વપરાતો તટસ્થ રીફ્રેક્ટરી પદાર્થ છે.

(C) કોપરના સલ્ફાઇડ અયસ્કમાંથી કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,ધાતુ $Cu_2O$ ના $Cu_2S$ સાથેના સ્વયં-રિડક્શન (self-reduction) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
કોપરના સલ્ફાઇડ અયસ્કને હવામાં ગરમ કરવામાં આવે છે જ્યાં સુધી તેનો અમુક ભાગ ઓક્સાઇડ $(Cu_2O)$ માં રૂપાંતરિત ન થાય.
ત્યારબાદ,હવાના અભાવમાં વધુ ગરમ કરવાથી,ઓક્સાઇડ બાકી રહેલા અપરિવર્તિત સલ્ફાઇડ $(Cu_2S)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુમય કોપર બનાવે છે.
આ પ્રક્રિયાના રાસાયણિક સમીકરણો નીચે મુજબ છે:
$2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$
$2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$

(C) આપેલ પ્રક્રિયાઓ સલ્ફાઈડ અયસ્કના સ્વયં-રિડક્શન (self-reduction) ની પ્રક્રિયા દર્શાવે છે.
$Hg$ $(HgS)$,$Pb$ $(PbS)$,અને $Cu$ $(Cu_2S)$ જેવી ધાતુઓ તેમના સલ્ફાઈડ અયસ્કમાંથી આ પદ્ધતિ દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
$Zn$ ને તેના સલ્ફાઈડ અયસ્ક $(ZnS)$ માંથી પહેલા ભૂંજન (roasting) દ્વારા $ZnO$ માં ફેરવીને,ત્યારબાદ કાર્બન $(C)$ અથવા કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ સાથે રિડક્શન કરીને મેળવવામાં આવે છે,સ્વયં-રિડક્શન દ્વારા નહીં.
તેથી,$X$ એ $Zn$ હોઈ શકે નહીં.

(B) ખૂબ ઊંચા ગલનબિંદુ ધરાવતા ધાતુના ઓક્સાઇડ,જેમ કે $Cr$,$Mn$,$Ti$,$Mo$,$Fe$ વગેરેના ઓક્સાઇડનું કાર્બન દ્વારા રિડક્શન કરવું મુશ્કેલ છે. આ ઓક્સાઇડનું રિડક્શન $Al$ પાવડરનો રિડક્શનકર્તા તરીકે ઉપયોગ કરીને થર્મિટ રિડક્શન દ્વારા કરી શકાય છે.
એલ્યુમિનો-થર્મિટ પ્રક્રિયા: $Mn$ અને $Cr$ ના અમુક ઓક્સાઇડ તેમના ખૂબ ઊંચા ગલનબિંદુને કારણે કાર્બન દ્વારા રિડ્યુસ થતા નથી. તેઓ $Al$ દ્વારા રિડ્યુસ થાય છે.
$Cr_2O_3 + 2 Al \rightarrow 2 Cr + Al_2O_3$
$3 Mn_3O_4 + 8 Al \rightarrow 9 Mn + 4 Al_2O_3$
આ પ્રક્રિયાઓમાં,$Al$ નું ઓક્સિડેશન થાય છે જ્યારે તે ધાતુના ઓક્સાઇડનું ધાતુમાં રિડક્શન કરે છે. આમ,$Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.

(C) એલ્યુમિનિયમ એ ખૂબ જ સક્રિય ધાતુ છે,અને તેના ઓક્સાઇડ $(Al_2O_3)$ નું રિડક્શન કાર્બન અથવા હાઇડ્રોજન જેવા સામાન્ય રિડક્શનકર્તા દ્વારા કરી શકાતું નથી કારણ કે એલ્યુમિનિયમની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ કાર્બન અથવા હાઇડ્રોજન કરતા ઘણી વધારે હોય છે.
તેથી,બોક્સાઇટ અયસ્કમાંથી એલ્યુમિનિયમનું નિષ્કર્ષણ પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ માં ઓગળેલા પીગળેલા એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ના વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા કરવામાં આવે છે,જે ગલનબિંદુ ઘટાડે છે અને વિદ્યુત વાહકતા વધારે છે.
આ પ્રક્રિયાને હોલ-હેરોલ્ટ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.

(C) ક્રોમિયમનું નિષ્કર્ષણ ક્રોમાઈટ અયસ્ક $(FeCr_2O_4)$ માંથી એલ્યુમિનોથર્મિક પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,સાંદ્ર અયસ્કનું રિડક્શન રિડક્શનકર્તા તરીકે એલ્યુમિનિયમ પાવડરનો ઉપયોગ કરીને કરવામાં આવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા: $FeCr_2O_4 + 2Al \rightarrow 2Cr + Fe + Al_2O_3$.

(C) $Aluminium$ $(Al)$ નું નિષ્કર્ષણ પીગળેલા $Al_2O_3$ નું ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ સાથે વિદ્યુતવિભાજન કરીને કરવામાં આવે છે,જેને $Hall-Heroult$ પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. તેથી,$Aluminium$ એ વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયા દ્વારા મેળવવામાં આવતું તત્વ છે.

(C) કોપરનું નિષ્કર્ષણ તેની સલ્ફાઇડ અયસ્ક $(Cu_2S)$ માંથી મુખ્યત્વે ઓટો-રિડક્શન પ્રક્રિયા દ્વારા કરવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,અયસ્કને મર્યાદિત હવાના પુરવઠામાં ગરમ કરવામાં આવે છે,જ્યાં સલ્ફાઇડ અયસ્કનો એક ભાગ ઓક્સાઇડમાં રૂપાંતરિત થાય છે,જે પછી બાકીની સલ્ફાઇડ અયસ્ક સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને ધાતુનું કોપર બનાવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા છે: $2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$
ત્યારબાદ: $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$
આ પદ્ધતિને ઓટો-રિડક્શન કહેવામાં આવે છે કારણ કે તેમાં કાર્બન અથવા કાર્બન મોનોક્સાઇડ જેવા કોઈ બાહ્ય રિડક્શન કર્તાની જરૂર પડતી નથી.

(A) કોપરના નિષ્કર્ષણમાં,બેસેમર કન્વર્ટરમાં ધાતુ સ્વ-રિડક્શન (self-reduction) પ્રક્રિયા દ્વારા બને છે.
આ પ્રક્રિયામાં,કોપર$(I)$ સલ્ફાઈડ અને કોપર$(I)$ ઓક્સાઈડ વચ્ચે પ્રક્રિયા થઈને ધાત્વીય કોપર અને સલ્ફર ડાયોક્સાઈડ વાયુ ઉત્પન્ન થાય છે.
સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ: $Cu_2S + 2Cu_2O \to 6Cu + SO_2$.

(A) કેલ્શિયમનું નિષ્કર્ષણ $CaCl_2$ અને $CaF_2$ ના પીગળેલા મિશ્રણના વિદ્યુતવિભાજન દ્વારા કરવામાં આવે છે.
$CaCl_2$ નું ગલનબિંદુ ઊંચું $(772 \ ^\circ C)$ હોવાથી પ્રક્રિયામાં વધુ ઉર્જા વપરાય છે.
$CaF_2$ (ફ્લોરસ્પાર) ઉમેરવાથી મિશ્રણનું ગલનબિંદુ ઘટીને આશરે $650 \ ^\circ C$ થાય છે,જે વિદ્યુતવિભાજનની પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે અને પીગળેલા મિશ્રણની વાહકતામાં સુધારો કરે છે.

(B) લેડ મુખ્યત્વે તેની કાચી ધાતુ ગેલેના $(PbS)$ માંથી સ્વ-રિડક્શન પદ્ધતિ (જેને એર રિડક્શન પ્રોસેસ પણ કહેવાય છે) દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,કાચી ધાતુને હવામાં આંશિક રીતે શેકવામાં આવે છે જેથી લેડ ઓક્સાઈડ $(PbO)$ અને લેડ સલ્ફેટ $(PbSO_4)$ બને છે,જે ત્યારબાદ બાકી રહેલા $PbS$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાતુ સ્વરૂપે લેડ $(Pb)$ આપે છે.

(A) સિનાબાર $(HgS)$ માંથી મર્ક્યુરીના ધાતુશાસ્ત્રમાં,કાચી ધાતુને હવામાં ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી $HgO$ બને છે,જે પછી ઊંચા તાપમાને સ્વયં-રિડક્શન પામીને મર્ક્યુરી ધાતુ આપે છે.
$2HgS + 3O_2 \rightarrow 2HgO + 2SO_2$
$2HgO \rightarrow 2Hg + O_2$
આમ,કોઈ બાહ્ય રિડક્શન કર્તાની જરૂર પડતી નથી.

(A) એલ્યુમિનિયમ એક પ્રબળ રિડક્શન કર્તા છે અને તેનો ઉપયોગ થર્મિટ પ્રક્રિયામાં એવા ધાતુના ઓક્સાઇડના રિડક્શન માટે થાય છે જે એલ્યુમિનિયમ કરતા ઓછા સક્રિય હોય છે.
ખાસ કરીને,તેનો ઉપયોગ $Cr_2O_3$ નું ક્રોમિયમ ધાતુમાં રિડક્શન કરવા માટે થાય છે,જેની પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે: $Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3$.

(B) Hall-Heroult પ્રક્રિયામાં,શુદ્ધ એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ નું ગલનબિંદુ ખૂબ ઊંચું $(2050 \ ^\circ C)$ હોય છે અને તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે.
આ સમસ્યાઓને દૂર કરવા માટે,તેને પિગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગાળવામાં આવે છે.
મિશ્રણમાં ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે જેથી વિદ્યુતવિભાજ્યનું ગલનબિંદુ વધુ ઘટે અને પિગળેલા મિશ્રણની વિદ્યુત વાહકતા વધે,જે વિદ્યુતવિભાજનીય રિડક્શન પ્રક્રિયાને સરળ બનાવે છે.

(B) કોપર પાઈરાઈટ્સ $(CuFeS_2)$ માંથી કોપરના નિષ્કર્ષણ દરમિયાન,સલ્ફર દૂર કરવા માટે અયસ્કનું ભૂંજન કરવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ તેનું સ્મેલ્ટિંગ કરવામાં આવે છે.
અયસ્કમાં રહેલા આયર્નનું ઓક્સિડેશન થઈને $FeO$ બને છે,જે ત્યારબાદ ઉમેરવામાં આવેલા ફ્લક્સ,સિલિકા $(SiO_2)$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને પીગળી શકાય તેવો સ્લેગ,આયર્ન $(II)$ સિલિકેટ $(FeSiO_3)$ બનાવે છે.
રાસાયણિક પ્રક્રિયા નીચે મુજબ છે:
$2CuFeS_2 + 2SiO_2 + 3O_2 \rightarrow Cu_2S + 2FeSiO_3 + 2SO_2$
આમ,આયર્નને $FeSiO_3$ તરીકે દૂર કરવામાં આવે છે.

(B) લોખંડની કાચી ધાતુ હેમેટાઇટ $(Fe_2O_3)$ માંથી લોખંડ મેળવવા માટે,તેને બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં નાખતા પહેલા કોક અને ચૂનાના પથ્થર સાથે મિશ્ર કરવામાં આવે છે.
કોક રિડ્યુસિંગ એજન્ટ તરીકે કામ કરે છે,જે $Fe_2O_3$ નું રિડક્શન કરીને પીગળેલું લોખંડ આપે છે.
ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ ફ્લક્સ તરીકે કામ કરે છે,જે $CaO$ અને $CO_2$ માં વિઘટિત થાય છે. $CaO$ કાચી ધાતુમાં રહેલી સિલિકા $(SiO_2)$ ની અશુદ્ધિઓ સાથે પ્રક્રિયા કરીને કેલ્શિયમ સિલિકેટ $(CaSiO_3)$ સ્લેગ બનાવે છે,જેને સરળતાથી દૂર કરી શકાય છે.

(C) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં,કોકનું દહન નીચેના ભાગમાં ટ્યુયર્સ (tuyeres) પાસે થાય છે,જ્યાં ગરમ હવા ફૂંકવામાં આવે છે.
પ્રક્રિયાઓ નીચે મુજબ છે:
$2C + O_2 \rightarrow 2CO + \text{ઉષ્મા}$
$C + O_2 \rightarrow CO_2 + \text{ઉષ્મા}$
આ બંને દહન પ્રક્રિયાઓ અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે,જે દહન વિસ્તારમાં (ટ્યુયર્સની નજીક) મહત્તમ તાપમાન ઉત્પન્ન કરે છે.

(A) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાંથી મેળવવામાં આવતા લોખંડમાં આશરે $4 \%$ કાર્બન અને ઓછી માત્રામાં ઘણી અશુદ્ધિઓ (જેમ કે $S$,$P$,$Si$,$Mn$) હોય છે.
આ લોખંડને પિગ આયર્ન કહેવામાં આવે છે અને તેને વિવિધ આકારોમાં ઢાળવામાં આવે છે.
તેથી,સાચો વિકલ્પ $(A)$ છે.

(C) જ્યારે $AgCl$ ને $Na_2CO_3$ સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે,ત્યારે શરૂઆતમાં સિલ્વર કાર્બોનેટ બને છે:
$2AgCl + Na_2CO_3 \to Ag_2CO_3 + 2NaCl$
સિલ્વર કાર્બોનેટ ઉષ્મીય રીતે અસ્થિર છે અને ગરમ કરવા પર તેનું વિઘટન થઈને ધાત્વિક સિલ્વર મળે છે:
$Ag_2CO_3 \xrightarrow{\Delta} 2Ag + \frac{1}{2} O_2 + CO_2 \uparrow$
આમ,અંતિમ નીપજ તરીકે ધાત્વિક સિલ્વર $(Ag)$ મળે છે.

(D) રેલવે વેગનની ધરીઓ કોલસાના પાવડરમાં દબાયેલા લોખંડના સળિયાને ગરમ કરીને બનાવવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાને કેસ હાર્ડનિંગ કહેવામાં આવે છે.
કેસ હાર્ડનિંગ એ ઘડતર લોખંડ (wrought iron) અથવા ઓછા કાર્બન ધરાવતા સ્ટીલની સપાટીને સખત કરવાની પ્રક્રિયા છે,જેમાં સપાટીના સ્તરમાં કાર્બનનું પ્રસરણ કરીને ઉચ્ચ-કાર્બન સ્ટીલનું પાતળું સ્તર બનાવવામાં આવે છે.
આ સામાન્ય રીતે લોખંડને કોલસા અથવા પોટેશિયમ ફેરોસાયનાઈડ જેવા કાર્બનયુક્ત પદાર્થોના સંપર્કમાં ગરમ કરીને અને ત્યારબાદ તેને તેલ અથવા પાણી જેવા યોગ્ય માધ્યમમાં ઠંડુ કરીને કરવામાં આવે છે.

(D) પાયરોમેટલર્જીમાં ઊંચા તાપમાને અયસ્કને ગરમ કરીને,ઘણીવાર કાર્બન જેવા રિડ્યુસિંગ એજન્ટ સાથે,ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ કરવામાં આવે છે.
$Ag_2S$,$ZnS$,$Cu_2S$,$HgS$,$MnO_2$,અને $SnO_2$ એ બધી એવી અયસ્ક છે જેમને પાયરોમેટલર્જીકલ પ્રક્રિયાઓ (જેમ કે રોસ્ટિંગ અને ત્યારબાદ કાર્બન દ્વારા રિડક્શન અથવા સેલ્ફ-રિડક્શન) દ્વારા તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રિડ્યુસ કરી શકાય છે.
આપેલ તમામ અયસ્કની જોડીઓને પાયરોમેટલર્જી દ્વારા તેમની સંબંધિત ધાતુઓમાં રૂપાંતરિત કરી શકાય છે,તેથી સાચો જવાબ 'કોઈ નહીં' છે.

(D) કાર્બન દ્વારા ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન ત્યારે જ શક્ય છે જો પ્રક્રિયા માટે ગિબ્સ મુક્ત ઉર્જાનો ફેરફાર $(\Delta G)$ ઋણ હોય.
$Al_2O_3$ ની સર્જન એન્થાલ્પી ખૂબ જ ઊંચી ઋણ હોય છે,જેનો અર્થ છે કે તે અત્યંત સ્થાયી છે.
કાર્બન $Al_2O_3$ નું $Al$ માં રિડક્શન કરી શકતું નથી કારણ કે ધાતુશાસ્ત્રની પ્રક્રિયાઓમાં વપરાતા તાપમાને ઓક્સિજન માટે $Al$ ની આકર્ષણ શક્તિ $C$ કરતા ઘણી વધારે હોય છે.
તેથી,$Al_2O_3$ ની સર્જન ઉષ્મા એટલી વધારે છે કે કાર્બન રિડક્શન કર્તા તરીકે કામ કરી શકતું નથી.

(D) જ્યારે એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ ને નાઈટ્રોજન $(N_2)$ વાતાવરણમાં કાર્બન $(C)$ સાથે ગરમ કરવામાં આવે છે,ત્યારે એલ્યુમિનિયમ નાઈટ્રાઈડ $(AlN)$ અને કાર્બન મોનોક્સાઈડ $(CO)$ મળે છે.
સંતુલિત રાસાયણિક સમીકરણ નીચે મુજબ છે:
$Al_2O_3 + 3C + N_2 \rightarrow 2AlN + 3CO$

(C) ટીન $(Sn)$ અને ઝિંક $(Zn)$ ને તેમના સંબંધિત ઓક્સાઇડ અયસ્કમાંથી કાર્બન રિડક્શન પદ્ધતિ દ્વારા વ્યાવસાયિક રીતે મેળવવામાં આવે છે.
ઉદાહરણ તરીકે,$SnO_2 + 2C \rightarrow Sn + 2CO$ અને $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$.
$Al$ જેવી ધાતુઓ વિદ્યુતવિભાજન રિડક્શન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે,અને $Cu$ ને ઘણીવાર સ્વ-રિડક્શન અથવા ભૂંજન પછી રિડક્શન દ્વારા મેળવવામાં આવે છે.

(B) કોપર ગ્લાન્સ $(Cu_2S)$ માંથી કોપરના વ્યાપારી નિષ્કર્ષણમાં,અયસ્કને આંશિક રીતે શેકવામાં આવે છે જેથી કોપર$(I)$ ઓક્સાઇડ $(Cu_2O)$ બને છે:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
ત્યારબાદ સ્વ-રિડક્શન (autoreduction) થાય છે,જેમાં બાકી રહેલ $Cu_2S$ એ બનેલા $Cu_2O$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને ધાત્વીય કોપર આપે છે:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
આ પ્રક્રિયામાં કોપરનું રિડક્શન કાર્બન કે કાર્બન મોનોક્સાઇડ દ્વારા થતું નથી કારણ કે આ તાપમાને કાર્બનની સરખામણીમાં કોપરની ઓક્સિજન પ્રત્યેની આકર્ષણ શક્તિ ઓછી હોય છે.

(D) પાર્કસ પ્રક્રિયા એ સીસામાંથી ચાંદી દૂર કરવાની ધાતુશાસ્ત્રીય પ્રક્રિયા છે.
વિદ્યુતવિભાજન શુદ્ધિકરણ એ $Cu$,$Ni$,$Pb$,$Au$ અને $Ag$ જેવી ધાતુઓના શુદ્ધિકરણ માટેની પ્રમાણિત પદ્ધતિ છે,જેમાં ચાંદી ઘણીવાર એનોડ મડ (anode mud) તરીકે મેળવવામાં આવે છે.
સિલ્વર સલ્ફાઇડ $(Ag_2S)$ માંથી ચાંદીનું નિષ્કર્ષણ નીચેની પ્રક્રિયાઓ દ્વારા થાય છે:
$Ag_2S + 4NaCN \rightarrow 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$ (પ્રતિવર્તી પ્રક્રિયા)
$2Na[Ag(CN)_2] + Zn \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$
જોકે,$Na[Ag(CN)_2]$ ને ગરમ કરવાથી સીધી રીતે ધાતુ સ્વરૂપે ચાંદી $(Ag)$ મળતી નથી,કારણ કે તે સાદી ધાતુને બદલે સંકીર્ણ નીપજોમાં વિઘટિત થાય છે.
તેથી,વિકલ્પ $D$ સાચો જવાબ છે.

(B) સોપાન $I$: ક્રોમાઈટ અયસ્ક $(FeCr_2O_4)$ ને હવાના સંપર્કમાં $NaOH$ સાથે ગરમ કરતા સોડિયમ ક્રોમેટ $(Na_2CrO_4)$ બને છે.
$4FeCr_2O_4 + 8NaOH + 7O_2 \rightarrow 8Na_2CrO_4 + 2Fe_2O_3 + 8H_2O$.
સોપાન $II$: સોડિયમ ક્રોમેટને કાર્બન સાથે પ્રક્રિયા કરાવીને ક્રોમિયમ$(III)$ ઓક્સાઈડ $(Cr_2O_3)$ માં રિડક્શન કરવામાં આવે છે.
$2Na_2CrO_4 + 2C \rightarrow Cr_2O_3 + Na_2CO_3 + CO$.
સોપાન $III$: ક્રોમિયમ$(III)$ ઓક્સાઈડનું એલ્યુમિનોથર્મિક પ્રક્રિયા દ્વારા ધાત્વિક ક્રોમિયમમાં રિડક્શન કરવામાં આવે છે ($Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે).
$Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3$.

(A) શુદ્ધ એલ્યુમિનાનું વિદ્યુતવિભાજન શક્ય નથી કારણ કે તે વિદ્યુતનું મંદ વાહક છે અને તેનું ગલનબિંદુ ઊંચું છે.
એલ્યુમિના $(Al_2O_3)$ માં ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ અને ફ્લોરસ્પાર $(CaF_2)$ ઉમેરવામાં આવે છે,જે ગલનબિંદુને ઘટાડીને આશરે $1140 \ K$ કરે છે અને મિશ્રણને વિદ્યુતનું સારું વાહક બનાવે છે.
ત્યારબાદ,આ પીગળેલા મિશ્રણનું વિદ્યુતવિભાજન કરવામાં આવે છે.

(B) એલ્યુમિનિયમ પાવડર દ્વારા ધાતુના ઓક્સાઇડના રિડક્શનને ગોલ્ડસ્મિડની એલ્યુમિનોથર્મિટ પ્રક્રિયા કહેવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,ધાતુના ઓક્સાઇડ (જેમ કે $Cr_2O_3$) ને એલ્યુમિનિયમ પાવડર દ્વારા રિડક્શન કરીને પીગળેલી અવસ્થામાં ધાતુ મેળવવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયા અત્યંત ઉષ્માક્ષેપક છે:
$Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3 + \text{Heat}$

(C) Hall-Heroult પ્રક્રિયામાં,$Al_2O_3$ ને પીગળેલા ક્રાયોલાઇટ $(Na_3AlF_6)$ માં ઓગાળવામાં આવે છે જેથી તેનું ગલનબિંદુ ઘટે અને વિદ્યુત વાહકતા વધે. કેથોડ પર $Al$ જમા થાય છે અને કાર્બન એનોડ પર $CO_2$ મુક્ત થાય છે. $CaF_2$ (ફ્લોરસ્પાર) નો ઉપયોગ ગલનબિંદુ ઘટાડવા અને પ્રવાહીતા વધારવા માટે થાય છે. $Li_2CO_3$ નો ઉપયોગ ક્રાયોલાઇટના વિકલ્પ તરીકે થઈ શકતો નથી કારણ કે તે પ્રક્રિયા માટે જરૂરી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ગુણધર્મો પૂરા પાડતું નથી. તેથી,વિકલ્પ $C$ ખોટું વિધાન છે.

(B) બ્લાસ્ટ ફર્નેસમાં,ચૂનાનો પથ્થર $(CaCO_3)$ ફ્લક્સ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે.
પ્રથમ,તે $CaO$ અને $CO_2$ પૂરા પાડવા માટે વિઘટિત થાય છે: $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$.
ત્યારબાદ,$CaO$ એ કાચી ધાતુમાં રહેલી સિલિકા $(SiO_2)$ જેવી એસિડિક અશુદ્ધિઓને દૂર કરવા માટે ફ્લક્સ તરીકે કાર્ય કરે છે,જે સ્લેગ $(CaSiO_3)$ બનાવે છે: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$.
આમ,તે $CaO$ નો સ્ત્રોત પૂરો પાડે છે $(I)$ અને અશુદ્ધિઓ દૂર કરે છે $(II)$. ઉત્પન્ન થતો $CO_2$ એ આડપેદાશ છે,ચૂનાનો પથ્થર ઉમેરવાનો મુખ્ય હેતુ નથી. તેથી,સાચા વિધાનો $I$ અને $II$ છે.

(C) બેસેમર કન્વર્ટરમાં,કોપરના નિષ્કર્ષણમાં સ્વ-રિડક્શનની પ્રક્રિયાનો સમાવેશ થાય છે. પીગળેલું કોપર મેટ,જે $Cu_2S$ અને $FeS$ ધરાવે છે,તેનું ઓક્સિડેશન થાય છે. આયર્નને સ્લેગ તરીકે દૂર કર્યા પછી,બાકી રહેલ $Cu_2S$ એ $Cu_2O$ સાથે પ્રક્રિયા કરીને (જે $Cu_2S$ ના આંશિક ઓક્સિડેશનથી બને છે) ધાતુમય કોપર ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રક્રિયા આ મુજબ છે: $Cu_2S + 2Cu_2O \longrightarrow 6Cu + SO_2$.

(A) જો પિગ આયર્નના ઓક્સિડેશન માટે હવાનો ઉપયોગ કરવામાં આવે,તો પીગળેલી ધાતુ હવામાંથી થોડા પ્રમાણમાં નાઈટ્રોજન લેશે.
આ નાઈટ્રોજન સ્ટીલને બરડ બનાવે છે.
તેથી,નાઈટ્રોજનની હાજરી ટાળવા માટે હવાને બદલે શુદ્ધ $O_2$ નો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.

(D) આર્જેન્ટાઇટ અયસ્ક $(Ag_2S)$ માંથી સિલ્વરના નિષ્કર્ષણમાં,અયસ્કને હવાની હાજરીમાં $NaCN$ અથવા $KCN$ ના મંદ દ્રાવણ સાથે પ્રક્રિયા કરાવીને દ્રાવ્ય સંકીર્ણ $Na[Ag(CN)_2]$ બનાવવામાં આવે છે.
$Ag_2S + 4NaCN \rightarrow 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$.
$KNO_3$ ને ફ્લક્સ તરીકે ઉમેરવામાં આવે છે જેથી પ્રક્રિયા દરમિયાન બનતા $Na_2S$ (અથવા $S^{2-}$ આયનો) ને $SO_2$ અથવા $SO_4^{2-}$ માં ઓક્સિડાઇઝ કરી શકાય,જે સંકીર્ણ નિર્માણની ઉલટી પ્રક્રિયાને અટકાવે છે.
ચોક્કસ રીતે,તે અયસ્કમાં રહેલી સલ્ફરની અશુદ્ધિઓને $SO_2$ માં ઓક્સિડાઇઝ કરે છે જે બહાર નીકળી જાય છે,જેનાથી સંતુલન આગળની દિશામાં ખસે છે.

(D) કેટલાક ધાતુના ઓક્સાઇડનું કાર્બન દ્વારા સંતોષકારક રીતે રિડક્શન કરી શકાતું નથી.
આવા ઓક્સાઇડ માટે,$Al$ (એલ્યુમિનિયમ),જે વધુ સક્રિય ધાતુ છે,તેનો ઉપયોગ થાય છે.
આ પ્રક્રિયાને થર્મિટ પ્રક્રિયા અથવા એલ્યુમિનો-થર્મિક પ્રક્રિયા તરીકે ઓળખવામાં આવે છે.
આ પ્રક્રિયામાં,$Al$ ધાતુના ઓક્સાઇડમાંથી ઓક્સિજન દૂર કરે છે,એટલે કે તે પોતે ઓક્સિડેશન પામે છે અને ધાતુના ઓક્સાઇડનું રિડક્શન કરે છે.
તેથી,$Al$ રિડક્શનકર્તા તરીકે કાર્ય કરે છે.