Reduction to free Metal Questions in Hindi

(B) प्रगलन (smelting) प्रक्रिया के दौरान भुने हुए तांबे के अयस्क में मौजूद फेरस ऑक्साइड $(FeO)$ की अशुद्धियों को दूर करने के लिए सिलिका $(SiO_2)$ मिलाया जाता है।
भर्जन (roasting) के दौरान,अयस्क में मौजूद आयरन सल्फाइड ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके आयरन ऑक्साइड $(FeO)$ बनाते हैं।
$2FeS + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2$
सिलिका एक अम्लीय फ्लक्स के रूप में कार्य करता है और क्षारीय अशुद्धि $FeO$ के साथ प्रतिक्रिया करके एक गलनीय धातुमल (slag),आयरन सिलिकेट ($FeSiO_3$ या $FeO \cdot SiO_2$) बनाता है।
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3 \text{ (धातुमल)}$
यह धातुमल पिघले हुए मैट (matte) से कम घना होता है और इसे आसानी से हटाया जा सकता है।

(C) एल्युमीनियम के निष्कर्षण के लिए हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया में,शुद्ध एल्युमिना $(Al_2O_3)$ का गलनांक बहुत अधिक होता है और यह विद्युत का कुचालक होता है।
गलनांक को कम करने और विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए,इसे क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ के गलित मिश्रण में घोला जाता है।

(B) $K$,$Ca$,$Na$,$Al$ और $Mg$ जैसी प्रबल विद्युत-धनात्मक धातुओं के ऑक्साइड बहुत स्थिर होते हैं।
कार्बन अपचयन द्वारा उन्हें धात्विक अवस्था में अपचयित करना कठिन होता है क्योंकि ऑक्सीजन के प्रति उनकी बंधुता कार्बन की तुलना में बहुत अधिक होती है।
ऐसी धातुओं का निष्कर्षण उनके गलित क्लोराइड/ऑक्साइड/हाइड्रॉक्साइड से विद्युत धारा (विद्युत अपघटन प्रक्रिया) प्रवाहित करके किया जाता है।
अतः,पृथ्वी की पपड़ी में उच्च सांद्रता वाली और जिसके ऑक्साइड को कार्बन द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता,ऐसी धातु के निष्कर्षण के लिए सबसे उपयुक्त विधि विद्युत अपघटन प्रक्रिया है।

(B) उत्प्रेरक वह पदार्थ है जो अभिक्रिया के लिए एक वैकल्पिक मार्ग प्रदान करके सक्रियण ऊर्जा को कम करता है। सामान्यतः,उत्प्रेरक अभिक्रिया की गति को बढ़ाता है।
थर्मिट प्रक्रम में,$2 Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + 2 Fe$ जैसी अभिक्रियाएं अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती हैं और इनमें किसी उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती है।
इसके विपरीत,संपर्क प्रक्रम में $V_2O_5$,ओस्टवाल्ड प्रक्रम में $Pt/Rh$ और हैबर प्रक्रम में $Fe$ का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता है।

(B) अपवर्तक पदार्थ वे पदार्थ होते हैं जिनका गलनांक बहुत अधिक होता है और वे पिघले बिना,नरम हुए बिना या रासायनिक परिवर्तनों के बिना अत्यधिक उच्च तापमान को सहन कर सकते हैं। इसलिए,इनका उपयोग भट्टियों के आंतरिक अस्तर के लिए किया जाता है।

(B) इस्पात उत्पादन के लिए सबसे आधुनिक विधि $L.D.$ (Linz-Donawitz) प्रक्रिया है,जिसमें पिघले हुए पिग आयरन में ऑक्सीजन प्रवाहित की जाती है।

(A) एलुमिना $(Al_2O_3)$ के विद्युत अपघटनी अपचयन के लिए हॉल-हेरोल्ट प्रक्रिया में,शुद्ध एलुमिना का गलनांक बहुत अधिक $(2323 \ K)$ होता है।
गलनांक को लगभग $1140 \ K$ तक कम करने और पिघले हुए मिश्रण की विद्युत चालकता बढ़ाने के लिए,दो सहायक विद्युत अपघट्य मिलाए जाते हैं: क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$।
अतः,$X$ और $Y$ क्रायोलाइट और फ्लोर्सपार हैं।

(A) $Cu$ या $Fe$ जैसी धातुओं के निष्कर्षण के दौरान,फ्लक्स और गैंग अशुद्धियों की प्रतिक्रिया से स्लैग बनता है।
स्लैग आमतौर पर पिघली हुई धातु की तुलना में हल्का होता है और इसका गलनांक कम होता है।
कम घनत्व के कारण,यह पिघली हुई धातु की सतह पर तैरता है,जिससे इसे आसानी से अलग किया जा सकता है।

(A) कार्बन $(C)$ द्वारा धातु ऑक्साइड का अपचयन,ऑक्साइड की ऊष्मगतिकीय स्थिरता और कार्बन की तुलना में धातु की ऑक्सीजन के प्रति बंधुता पर निर्भर करता है।
अत्यधिक सक्रिय धातुएं जैसे क्षार धातुएं ($K$,$Na$) और क्षारीय मृदा धातुएं ($Ca$,$Mg$) बहुत स्थिर ऑक्साइड बनाती हैं जिन्हें सामान्य धातुकर्म तापमान पर कार्बन द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।
दिए गए विकल्पों में,$CaO$ और $K_2O$ अत्यधिक सक्रिय धातुओं ($Ca$ और $K$) के ऑक्साइड हैं,जिनकी ऑक्सीजन के प्रति बहुत अधिक बंधुता होती है।
इसलिए,इन्हें कार्बन द्वारा उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित नहीं किया जा सकता है।

(C) एल्युमिनो थर्माइट प्रक्रिया में,$Fe_2O_3$ जैसे धातु ऑक्साइड को एल्युमिनियम पाउडर का उपयोग करके उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित (reduce) किया जाता है। यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है: $Fe_2O_3(s) + 2Al(s) \rightarrow 2Fe(l) + Al_2O_3(s) + \text{Heat}$. यहाँ,$Al$ का ऑक्सीकरण होता है (इलेक्ट्रॉन खोता है) और यह धातु ऑक्साइड को अपचयित करता है,इसलिए यह एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

(C) कॉपर के सल्फाइड अयस्क से कॉपर के निष्कर्षण में,धातु $Cu_2O$ के $Cu_2S$ के साथ स्वतः-अपचयन (self-reduction) द्वारा प्राप्त की जाती है।
सबसे पहले,सल्फाइड अयस्क को हवा में गर्म किया जाता है ताकि इसका कुछ हिस्सा कॉपर$(I)$ ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाए: $2 Cu_2S + 3 O_2 \rightarrow 2 Cu_2O + 2 SO_2$.
इसके बाद,बचा हुआ कॉपर$(I)$ सल्फाइड उत्पन्न कॉपर$(I)$ ऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके धात्विक कॉपर बनाता है: $2 Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6 Cu + SO_2$.
इस प्रक्रिया को स्वतः-अपचयन कहा जाता है।

(B) दी गई अभिक्रियाएं मैकार्थर-फॉरेस्ट साइनाइड प्रक्रिया को दर्शाती हैं,जिसका उपयोग सिल्वर $(Ag)$ या गोल्ड $(Au)$ जैसी उत्कृष्ट धातुओं के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
सिल्वर के लिए संतुलित रासायनिक समीकरण इस प्रकार हैं:
$4Ag + 8CN^{-} + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^{-} + 4OH^{-}$
$2[Ag(CN)_2]^{-} + Zn \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-} + 2Ag$
अतः,धातु $M$ सिल्वर $(Ag)$ है।

(A) सोने के निष्कर्षण में सोने के अयस्क का हवा की उपस्थिति में (जो $O_2$ का स्रोत है) $CN^-$ के तनु विलयन के साथ निक्षालन किया जाता है,जो ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है:
$4Au(s) + 8CN^-(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 4[Au(CN)_2]^-(aq) + 4OH^-(aq)$
यहाँ,$[x] = [Au(CN)_2]^-$.
इसके बाद जिंक का उपयोग करके विस्थापन द्वारा संकुल से सोना प्राप्त किया जाता है,जो एक अधिक सक्रिय धातु है:
$2[Au(CN)_2]^-(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
यहाँ,$[y] = [Zn(CN)_4]^{2-}$.

(B) कॉपर ग्लान्स $(Cu_2S)$ से कॉपर के व्यावसायिक निष्कर्षण में,इस प्रक्रिया को स्व-अपचयन (self-reduction) के रूप में जाना जाता है।
सबसे पहले,सल्फाइड अयस्क को हवा में आंशिक रूप से भुना जाता है जिससे कॉपर$(I)$ ऑक्साइड बनता है:
$Cu_2S + \frac{3}{2}O_2 \to Cu_2O + SO_2$
इसके बाद,शेष कॉपर$(I)$ सल्फाइड बने हुए कॉपर$(I)$ ऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके धात्विक कॉपर उत्पन्न करता है:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
यह बेसेमर कन्वर्टर में होने वाली मुख्य अभिक्रिया है।

(C) Hall-Heroult प्रक्रिया में,ग्रेफाइट एनोड एनोड पर मुक्त होने वाली ऑक्सीजन गैस द्वारा ऑक्सीकरण के प्रति संवेदनशील होता है,जिससे इसका क्षरण होता है। इसे रोकने के लिए,पिघले हुए इलेक्ट्रोलाइट की सतह पर $Coke$ पाउडर छिड़का जाता है। $Coke$ पाउडर की यह परत ऑक्सीजन को ग्रेफाइट एनोड के संपर्क में आने से रोकती है,जिससे यह ऑक्सीकरण से सुरक्षित रहता है।

(A) $Zn$ का इसके अयस्क (जिंक ब्लेंड,$ZnS$) से निष्कर्षण करने के लिए पहले इसे भर्जन द्वारा $ZnO$ में बदला जाता है।
इसके बाद $ZnO$ का उच्च तापमान पर कार्बन (कोक) का उपयोग करके $Zn$ धातु में अपचयन किया जाता है: $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$।
चूंकि $Zn$ का क्वथनांक कम $(907 \ ^\circ C)$ होता है,इसलिए इसे आसवन विधि द्वारा परिष्कृत किया जाता है,जिसमें धातु को वाष्पित करके संघनित किया जाता है ताकि शुद्ध धातु प्राप्त हो सके।

(C) अभिक्रिया $C_{(s)} + 1/2 O_{2(g)} \to CO_{(g)}$ के लिए,गैस के मोलों की संख्या बढ़ती है $(\Delta n_g = +0.5)$,इसलिए एन्ट्रॉपी परिवर्तन $\Delta S$ धनात्मक है।
अभिक्रिया $C_{(s)} + O_{2(g)} \to CO_{2(g)}$ के लिए,गैस के मोलों की संख्या समान रहती है $(\Delta n_g = 0)$,इसलिए $\Delta S$ लगभग शून्य है।
इसलिए,$\Delta S(C \to CO) > \Delta S(C \to CO_2)$।
अतः,कथन $(C)$ गलत है।

(A) कॉपर पाइराइट्स $(CuFeS_2)$ से कॉपर के निष्कर्षण के दौरान,आयरन सल्फाइड $(FeS)$ को आयरन ऑक्साइड $(FeO)$ में बदलने के लिए अयस्क का भर्जन (roasting) किया जाता है।
$2FeS + 3O_2 \rightarrow 2FeO + 2SO_2$
$FeO$ की अशुद्धि को दूर करने के लिए,फ्लक्स के रूप में सिलिका $(SiO_2)$ मिलाया जाता है।
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (धातुमल)।
अतः,धातुमल बनाने के लिए $SiO_2$ मिलाया जाता है।

(D) स्व-अपचयन,जिसे ऑटो-रिडक्शन भी कहा जाता है,एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें धातु सल्फाइड अयस्क को आंशिक रूप से भुना जाता है ताकि उसका ऑक्साइड बन सके,जो फिर शेष सल्फाइड के साथ प्रतिक्रिया करके बाहरी अपचायक के बिना धातु का उत्पादन करता है।
यह प्रक्रिया आमतौर पर $Cu$,$Pb$ और $Hg$ जैसी धातुओं के लिए उपयोग की जाती है।
उदाहरण के लिए,गैलेना $(PbS)$ से लेड $(Pb)$ के निष्कर्षण में:
$2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2$
$2PbO + PbS \rightarrow 3Pb + SO_2$
अतः,सही विकल्प $D$ है।

(C) चांदी के निष्कर्षण के लिए मैक-आर्थर फॉरेस्ट साइनाइड प्रक्रिया में,सिल्वर सल्फाइड $(Ag_2S)$ अयस्क को सोडियम साइनाइड $(NaCN)$ या पोटेशियम साइनाइड $(KCN)$ के तनु घोल के साथ उपचारित किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है:
$Ag_2S + 4KCN \rightarrow 2K[Ag(CN)_2] + K_2S$
इस प्रक्रिया में एक घुलनशील संकुल $K[Ag(CN)_2]$ का निर्माण होता है,जो चांदी को अयस्क से अलग करने में मदद करता है।

(C) प्रक्रिया $(iii)$ सोडियम धातु प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाती है,जो $NaCl$ और $CaCl_2$ के मिश्रण के विद्युत अपघटन द्वारा की जाती है (डाउन्स प्रक्रिया)।
प्रक्रिया $(i)$ मोंड प्रक्रिया है,जिसका उपयोग निकल के शोधन के लिए किया जाता है। अशुद्ध निकल $CO$ के साथ प्रतिक्रिया करके वाष्पशील निकल टेट्राकार्बोनिल,$Ni(CO)_4$ बनाता है,जिसे उच्च तापमान पर विघटित करके शुद्ध निकल प्राप्त किया जाता है।
प्रक्रिया $(ii)$ स्व-अपचयन (auto-reduction) है,जिसका उपयोग कॉपर ग्लान्स $(Cu_2S)$ से तांबे के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
अतः,सोडियम,निकल और तांबे के लिए प्रक्रियाएं क्रमशः $(iii), (i)$ और $(ii)$ हैं।

(A) $1$. $Cu$ ($Cu_2S$ से) और $Hg$ ($HgS$ से) जैसी धातुओं को स्वतः-अपचयन (भर्जन) द्वारा निष्कर्षित किया जाता है।
$2$. जो धातुएं विद्युत रासायनिक श्रेणी में हाइड्रोजन से कम सक्रिय होती हैं,वे तनु $H_2SO_4$ जैसे अम्लों के साथ अभिक्रिया करके $H_2$ गैस मुक्त नहीं करती हैं।
$3$. $Cu$ और $Hg$ सक्रियता श्रेणी में हाइड्रोजन से नीचे स्थित हैं,इसलिए वे तनु $H_2SO_4$ से $H_2$ को विस्थापित नहीं कर सकते हैं।
$4$. $Zn$,$Pb$,$Mn$ और $Al$ हाइड्रोजन से अधिक सक्रिय हैं और $H_2$ गैस मुक्त करेंगे।

(C) $1$. ये अभिक्रियाएं जिंक $(Zn)$ के निष्कर्षण का वर्णन करती हैं।
$2$. अयस्क '$X$' जिंक ब्लेंड $(ZnS)$ है,जिसका भर्जन (Roasting) करने पर जिंक ऑक्साइड $(Y = ZnO)$ और $SO_2$ प्राप्त होता है।
$3$. अयस्क '$Z$' कैलेमाइन $(ZnCO_3)$ है,जिसका निस्तापन (Calcination) करने पर जिंक ऑक्साइड $(Y = ZnO)$ और $CO_2$ प्राप्त होता है।
$4$. $1673 \ K$ पर कार्बन $(C)$ के साथ जिंक ऑक्साइड $(ZnO)$ का अपचयन इस प्रकार होता है: $ZnO + C \xrightarrow{1673 \ K} Zn(g) + CO(g)$।
$5$. यहाँ,'$A$' जिंक वाष्प $(Zn)$ है और '$B$' कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ है।

(D) सही विकल्प $D$ है।
कार्बन अपचयन मध्यम विद्युत-धनात्मकता (electropositivity) वाली धातुओं के लिए उपयुक्त है।
$MgO$ (मैग्नीशियम ऑक्साइड) की निर्माण की गिब्स मुक्त ऊर्जा $(\Delta G_f^{\circ})$ बहुत अधिक ऋणात्मक होती है,जिसका अर्थ है कि यह अत्यधिक स्थिर है।
कार्बन व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य तापमान पर $MgO$ को $Mg$ में अपचयित नहीं कर सकता क्योंकि आवश्यक तापमान बहुत अधिक होता है,इसलिए $Mg$ के लिए विद्युत अपघटनी अपचयन (electrolytic reduction) पसंदीदा विधि है।
इसके विपरीत,$PbO$,$SnO_2$,और $ZnO$ को कार्बन द्वारा आसानी से अपचयित किया जा सकता है।

(B) कम श्रेणी के अयस्कों से $Cu$ का निष्कर्षण जल-धातुकर्म (hydrometallurgy) द्वारा किया जाता है,जहाँ अयस्क को अम्ल या बैक्टीरिया द्वारा निक्षालित किया जाता है।
परिणामी विलयन में $Cu^{2+}$ आयन होते हैं।
$Cu$ धातु प्राप्त करने के लिए,हम विलयन से $Cu$ को विस्थापित करने के लिए अधिक सक्रिय धातु का उपयोग करते हैं।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $Cu^{2+}(aq) + M(s) \rightarrow Cu(s) + M^{2+}(aq)$.
$Zn$ और $Fe$ दोनों $Cu$ को विस्थापित कर सकते हैं क्योंकि वे $Cu$ से अधिक सक्रिय हैं।
हालाँकि,$Zn$ की तुलना में $Fe$ बहुत सस्ता है और स्क्रैप के रूप में अधिक प्रचुर मात्रा में उपलब्ध है।
इसलिए,निक्षालित $Cu$ अयस्क के अपचयन के लिए $Fe$ स्क्रैप आर्थिक रूप से अधिक उपयुक्त है।

(A) $Cu_2O$ और $Cu_2S$ के बीच की अभिक्रिया कॉपर धातु के निष्कर्षण में प्रयुक्त एक स्वतः-अपचयन (self-reduction) प्रक्रिया है।
संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$

(A) ए्लिंघम आरेख में,जिस धातु का ऑक्सीकरण वक्र नीचे स्थित होता है,वह उस धातु के ऑक्साइड के लिए एक बेहतर अपचायक होता है जिसका वक्र ऊपर स्थित होता है।
$1673 \ K$ से नीचे,$2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ का वक्र $4/3Al + O_2 \rightarrow 2/3Al_2O_3$ के वक्र के नीचे स्थित है,जिसका अर्थ है $\Delta G^o_{MgO} < \Delta G^o_{Al_2O_3}$। अतः,$Mg$,$1673 \ K$ से नीचे $Al_2O_3$ को $Al$ में अपचयित कर सकता है।
$1673 \ K$ के ऊपर,$Al$ के ऑक्सीकरण का वक्र $Mg$ के ऑक्सीकरण वक्र के नीचे स्थित है,जिसका अर्थ है कि $Al$,$MgO$ को $Mg$ में अपचयित कर सकता है। इसलिए,$Al_2O_3$ अपचायक नहीं है,बल्कि $Al$ है।
अतः,केवल कथन $(A)$ सही है।

(D) चांदी $(Ag)$ का उसके अयस्क से निष्कर्षण निम्नलिखित चरणों में होता है:
$1$. अयस्क को हवा $(O_2)$ की उपस्थिति में $NaCN$ के तनु विलयन के साथ उपचारित करके एक विलेय संकुल बनाया जाता है:
$4Ag + 8NaCN + 2H_2O + O_2 \to 4Na[Ag(CN)_2] + 4NaOH$
यहाँ,$A = Na[Ag(CN)_2]$ है।
$2$. इसके बाद जिंक $(Zn)$ मिलाकर संकुल से चांदी प्राप्त की जाती है,जो एक अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करता है:
$2Na[Ag(CN)_2] + Zn \to Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$
यहाँ,$B = Na_2[Zn(CN)_4]$ है।
$3$. यह प्रक्रिया ऑक्सीकरण और अपचयन (रेडॉक्स प्रक्रिया) वाली एक विस्थापन अभिक्रिया है,जिसमें $Zn$ का ऑक्सीकरण होता है और $Ag^+$ का अपचयन होकर $Ag$ प्राप्त होता है।
अतः,दिए गए सभी विकल्प सही हैं।

(A) स्वतः-अपचयन (ऑटो-रिडक्शन) एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें धातु सल्फाइड को आंशिक रूप से भर्जित (roast) करके ऑक्साइड बनाया जाता है,जो बाद में शेष सल्फाइड के साथ अभिक्रिया करके धातु देता है।
$1. PbS$ स्वतः-अपचयन दर्शाता है: $2PbS + 3O_2 \to 2PbO + 2SO_2$ और $PbS + 2PbO \to 3Pb + SO_2$.
$2. Cu_2S$ स्वतः-अपचयन दर्शाता है: $2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$ और $2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$.
$3. HgS$ स्वतः-अपचयन दर्शाता है: $2HgS + 3O_2 \to 2HgO + 2SO_2$ और $2HgO + HgS \to 3Hg + SO_2$.
$4. ZnS$ स्वतः-अपचयन द्वारा अपचयित नहीं हो सकता क्योंकि जिंक ऑक्साइड $(ZnO)$ का $ZnS$ द्वारा आसानी से अपचयन नहीं होता है। इसके बजाय,$ZnO$ का अपचयन कार्बन $(C)$ द्वारा किया जाता है।
अतः,$ZnS \to Zn$ के लिए स्वतः-अपचयन संभव नहीं है।

(B) $Ag_2S$ (सिल्वर सल्फाइड) के निक्षालन में,अभिक्रिया उत्क्रमणीय होती है:
$Ag_2S + 4 NaCN \rightleftharpoons 2 Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$
अभिक्रिया को आगे बढ़ाने के लिए,उत्पाद $Na_2S$ को हटाना आवश्यक है।
वायु (ऑक्सीजन) का प्रवाह प्रवाहित करने से $Na_2S$ का ऑक्सीकरण $Na_2SO_4$ (सोडियम सल्फेट) और सल्फर में हो जाता है,जिससे उत्क्रमणीय अभिक्रिया रुक जाती है।

(D) वात्या भट्टी (blast furnace) में,दहन क्षेत्र वह निचला भाग है जहाँ कोक गर्म हवा के झोंके की उपस्थिति में जलकर $CO_2$ और ऊष्मा उत्पन्न करता है।
इस क्षेत्र में होने वाली मुख्य अभिक्रिया $C + O_2 \to CO_2$ $(\Delta H < 0)$ है।
चूंकि यह अभिक्रिया दिए गए विकल्पों में नहीं है,इसलिए सही उत्तर $D$ है।

(A) शुद्ध एल्युमिना का विद्युत अपघटन करने में कुछ कठिनाइयाँ आती हैं। शुद्ध एल्युमिना विद्युत का कुचालक है।
शुद्ध एल्युमिना का गलनांक लगभग $2000^{\circ} C$ होता है और इस तापमान पर एल्युमिनियम का क्वथनांक $1800^{\circ} C$ होने के कारण,बनी हुई धातु वाष्पित हो जाती है।
इन कठिनाइयों को दूर करने के लिए एल्युमिना $(Al_2O_3)$,क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ के मिश्रण का उपयोग किया जाता है,जो गलनांक को घटाकर लगभग $900^{\circ} C$ कर देता है और विद्युत चालकता को बढ़ाता है।

(C) दिया गया समीकरण $Au$ (गोल्ड) या $Ag$ (सिल्वर) जैसी उत्कृष्ट धातुओं के निक्षालन (leaching) की प्रक्रिया को दर्शाता है,जिसमें हवा $(O_2)$ की उपस्थिति में सोडियम साइनाइड $(NaCN)$ के तनु विलयन का उपयोग किया जाता है।
यह सोने और चांदी के निष्कर्षण के लिए मैकार्थर-फॉरेस्ट साइनाइड प्रक्रिया का एक मुख्य चरण है।
अतः,धातु $M$ $Au$ (गोल्ड) या $Ag$ (सिल्वर) है।

(D) एलिंघम आरेख में, कार्बन द्वारा $FeO$ का अपचयन होकर $CO$ उत्पन्न होने की अभिक्रिया: $2FeO + 2C \rightarrow 2Fe + 2CO$ है।
यह अभिक्रिया तब स्वतःस्फूर्त होती है जब युग्मित अभिक्रिया के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G^\circ)$ ऋणात्मक होता है।
आरेख को देखने पर, कार्बन का $CO$ में ऑक्सीकरण $(2C + O_2 \rightarrow 2CO)$ और आयरन का $FeO$ में ऑक्सीकरण $(2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO)$ की रेखाएं बिंदु $A$ पर प्रतिच्छेद करती हैं।
बिंदु $A$ से ऊपर के तापमान पर, $2C + O_2 \rightarrow 2CO$ की रेखा $2Fe + O_2 \rightarrow 2FeO$ की रेखा के नीचे स्थित होती है, जिसका अर्थ है कि $C$ द्वारा $FeO$ का अपचयन ऊष्मागतिक रूप से अनुकूल हो जाता है $(\Delta G^\circ < 0)$।
अतः, यह अपचयन बिंदु $A$ से ऊपर के तापमान पर होता है।

(B) चांदी के निष्कर्षण के लिए साइनाइड प्रक्रिया में,अयस्क को हवा की उपस्थिति में $NaCN$ के तनु घोल के साथ उपचारित करके एक घुलनशील संकुल बनाया जाता है: $4Ag + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^- + 4OH^-$.
इसके बाद इस घोल में जिंक मिलाया जाता है जो संकुल से चांदी को विस्थापित करता है: $2[Ag(CN)_2]^- + Zn \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-} + 2Ag$.
इस अभिक्रिया में,$Zn$ का $Zn^{2+}$ में ऑक्सीकरण होता है और $Ag^+$ का $Ag$ में अपचयन होता है। इसलिए,जिंक एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

(B) कॉपर मैट कॉपर पाइराइट्स $(CuFeS_2)$ से कॉपर के निष्कर्षण के दौरान प्राप्त होता है।
यह मुख्य रूप से क्यूप्रस सल्फाइड $(Cu_2S)$ और थोड़ी मात्रा में फेरस सल्फाइड $(FeS)$ का पिघला हुआ मिश्रण है।
इसलिए,इसमें $Cu_2S$ की मुख्य मात्रा होती है।

(C) कॉपर के निष्कर्षण में,भुने हुए अयस्क को सिलिका $(SiO_2)$ के साथ मिलाया जाता है और रिवरबरेटरी भट्टी में गर्म किया जाता है।
आयरन ऑक्साइड $(FeO)$ सिलिका के साथ प्रतिक्रिया करके आयरन सिलिकेट स्लैग $(FeSiO_3)$ बनाता है,जिसे हटा दिया जाता है।
शेष मिश्रण,जिसे कॉपर मैट कहा जाता है,मुख्य रूप से क्यूप्रस सल्फाइड $(Cu_2S)$ और फेरस सल्फाइड $(FeS)$ से बना होता है।
इस प्रकार,कॉपर मैट में कॉपर $(I)$ और आयरन $(II)$ के सल्फाइड होते हैं।

(C) कार्बन अपचयन का उपयोग आमतौर पर $Fe$,$Zn$ जैसी धातुओं के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
हालाँकि,$Cr$ और $Mn$ जैसी धातुओं के लिए कार्बन अपचयन को प्राथमिकता नहीं दी जाती है क्योंकि इन धातुओं की उच्च तापमान पर कार्बन के प्रति उच्च आत्मीयता होती है।
अपचयन प्रक्रिया के लिए आवश्यक उच्च तापमान पर,$Cr$ और $Mn$ कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके स्थिर अंतराकाशी कार्बाइड (जैसे $Cr_3C_2$,$Mn_7C_3$) बनाते हैं।
ये कार्बाइड धातु को दूषित करते हैं और निष्कर्षण प्रक्रिया को अक्षम बनाते हैं।

(A) डाउन की प्रक्रिया में,सोडियम क्लोराइड $(NaCl)$ और कैल्शियम क्लोराइड $(CaCl_2)$ के पिघले हुए मिश्रण के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा सोडियम प्राप्त किया जाता है।
इस मिश्रण में आमतौर पर $40\, \% \ NaCl$ और $60\, \% \ CaCl_2$ होता है।
$CaCl_2$ मिलाने का मुख्य उद्देश्य इलेक्ट्रोलाइट मिश्रण के गलनांक को $801\, ^{\circ}C$ से घटाकर लगभग $600\, ^{\circ}C$ करना है,जिससे परिचालन तापमान कम हो जाता है और सोडियम धातु के वाष्पीकरण को रोका जा सकता है।
कैथोड पर: $Na^{+} + e^{-} \longrightarrow Na$
एनोड पर: $2Cl^{-} \longrightarrow Cl_2 + 2e^{-}$

(B) अयस्क $Ag_2S$ (आर्जेंटाइट) से सिल्वर का निष्कर्षण निम्नलिखित चरणों में होता है:
$1$. लीचिंग: $Ag_2S + 4NaCN \to 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$। यहाँ,$(A)$,$Na[Ag(CN)_2]$ है।
$2$. विस्थापन: $2Na[Ag(CN)_2] + Zn \to Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$। यहाँ,$(B)$,$Ag$ (सिल्वर धातु) है।
अतः,$(A)$,$Na[Ag(CN)_2]$ है और $(B)$,$Ag$ है।

(C) कार्बन अपचयन प्रक्रिया का उपयोग आमतौर पर मध्यम विद्युत-धनात्मक (electropositive) धातुओं जैसे $Zn, Fe,$ और $Sn$ के लिए किया जाता है।
$Al$ और $Mg$ जैसी धातुएं अत्यधिक विद्युत-धनात्मक होती हैं और ऑक्सीजन के प्रति उनकी आकर्षण शक्ति बहुत अधिक होती है।
उनके ऑक्साइड ($Al_2O_3$ और $MgO$) अत्यंत स्थिर होते हैं और सामान्य व्यावसायिक तापमान पर कार्बन द्वारा इनका अपचयन नहीं किया जा सकता है।
हालांकि $MgO$ का अपचयन बहुत उच्च तापमान (लगभग $2000^{\circ} C$) पर कार्बन द्वारा संभव है,लेकिन उच्च ऊर्जा आवश्यकताओं और तकनीकी कठिनाइयों के कारण इसे व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए उपयोग नहीं किया जाता है।
इसलिए,$Al_2O_3$ और $MgO$ के लिए कार्बन अपचयन व्यावसायिक रूप से लागू नहीं है।

(C) कॉपर ग्लान्स $(Cu_2S)$ से कॉपर के निष्कर्षण में,अयस्क को आंशिक रूप से भर्जित करके क्यूप्रस ऑक्साइड $(Cu_2O)$ बनाया जाता है।
शेष $Cu_2S$ फिर बने हुए $Cu_2O$ के साथ अभिक्रिया करता है,जिसे स्वतः-अपचयन (auto-reduction) कहा जाता है।
रासायनिक समीकरण: $Cu_2S + 2Cu_2O \to 6Cu + SO_2$ है।
इस प्रकार,$Cu_2S$ का $Cu_2O$ द्वारा ऑक्सीकरण होकर कॉपर धातु प्राप्त होती है।

(D) गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन और साम्य स्थिरांक के बीच संबंध $\Delta G^\circ = -RT \ln K_p$ है,जिसे $-\ln K_p = \frac{\Delta G^\circ}{RT}$ के रूप में फिर से लिखा जा सकता है।
अभिक्रिया के स्वतःस्फूर्त होने के लिए,$\Delta G^\circ < 0$ होना चाहिए,जिसका अर्थ है $-\ln K_p < 0$।
एलिंगम आरेख से,$T > 1200 \ K$ पर,अभिक्रिया $C_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)} \to CO_{(g)}$ के लिए $-\ln K_p$ का मान $M_{(s)} + \frac{1}{2} O_{2(g)} \to MO_{(s)}$ की तुलना में कम है।
यह दर्शाता है कि $T > 1200 \ K$ पर $CO$ का निर्माण $MO$ की तुलना में अधिक ऊष्मागतिक रूप से स्थिर है।
इसलिए,कार्बन $1200 \ K$ से अधिक तापमान पर $MO_{(s)}$ को $M_{(s)}$ में अपचयित कर सकता है,अभिक्रिया $MO_{(s)} + C_{(s)} \to M_{(s)} + CO_{(g)}$ के अनुसार।

(C) तांबे के निष्कर्षण में,$FeO$ एक क्षारीय अशुद्धि (gangue) के रूप में उपस्थित होता है।
इस अशुद्धि को दूर करने के लिए $SiO_2$ को अम्लीय फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है।
वे अभिक्रिया करके गलनीय धातुमल (slag),$FeSiO_3$ बनाते हैं।
अभिक्रिया इस प्रकार है: $\mathop {FeO}\limits_{\text{क्षारीय अशुद्धि}} + \mathop {SiO_2}\limits_{\text{अम्लीय फ्लक्स}}$ $\longrightarrow \mathop {FeSiO_3}\limits_{\text{धातुमल}}$

(C) ब्लास्ट फर्नेस से प्राप्त लोहे को $Pig \ Iron$ (कच्चा लोहा) कहा जाता है। इसमें लगभग $4 \%$ कार्बन और $S, P, Si, Mn$ जैसी कई अशुद्धियाँ कम मात्रा में होती हैं।

(C) पाउडर युक्त एल्युमीनियम द्वारा अपचयन को गोल्डस्मिट एल्युमिनोथर्मिक प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस प्रक्रिया का उपयोग उन मामलों में किया जाता है जहाँ धातुओं का गलनांक $(m.p.)$ बहुत अधिक होता है और उन्हें उनके ऑक्साइड से निष्कर्षित किया जाना होता है।

(B) धातु विज्ञान में धातु ऑक्साइड को उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित करने के लिए कार्बन का उपयोग अपचायक के रूप में किया जाता है।
हालाँकि,कार्बन $Ca$,$K$,$Na$ और $Mg$ जैसी अत्यधिक सक्रिय धातुओं के ऑक्साइड को अपचयित नहीं कर सकता है क्योंकि इन धातुओं की ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण शक्ति कार्बन की तुलना में बहुत अधिक होती है।
दिए गए विकल्पों में,$CaO$ और $K_2O$ क्रमशः अत्यधिक सक्रिय क्षारीय मृदा और क्षार धातुओं के ऑक्साइड हैं।
इसलिए,उन्हें कार्बन द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।

(A) फ्यूज्ड एल्युमिना $(Al_2O_3)$ विद्युत का कुचालक है और इसका गलनांक बहुत अधिक होता है। शुद्ध एल्युमिना में क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ मिलाने से इसका गलनांक घटकर लगभग $1140 \ K$ हो जाता है और इसकी विद्युत चालकता बढ़ जाती है।

(C) जिंक ब्लेंड $(ZnS)$ से $Zn$ का निष्कर्षण भर्जन और उसके बाद कार्बन (कोक) द्वारा अपचयन करके किया जाता है।
चरण $1$: अतिरिक्त वायु की उपस्थिति में जिंक ब्लेंड का भर्जन:
$2ZnS + 3O_2 \xrightarrow{\Delta} 2ZnO + 2SO_2$
चरण $2$: उच्च तापमान पर कार्बन (कोक) के साथ जिंक ऑक्साइड का अपचयन:
$ZnO + C \xrightarrow{\Delta} Zn + CO$

(A) ए्लिंघम आरेख में,एक धातु दूसरी धातु के ऑक्साइड को अपचयित (reduce) कर सकती है यदि उसके स्वयं के ऑक्साइड के निर्माण की रेखा दूसरी धातु के ऑक्साइड के निर्माण की रेखा के नीचे स्थित हो।
$1$. $1400\,^\circ C$ पर,$Al_2O_3$ के निर्माण की रेखा $ZnO$ के निर्माण की रेखा के नीचे है। इसलिए,$Al$ का उपयोग $ZnO$ को $Zn$ में अपचयित करने के लिए किया जा सकता है।
$2$. $500\,^\circ C$ पर,$ZnO$ के निर्माण की रेखा $CO$ के निर्माण की रेखा के नीचे है,इसलिए कोक $ZnO$ को अपचयित नहीं कर सकता।
$3$. $CO$ के निर्माण की रेखा सभी तापमानों पर $Cu_2O$ के निर्माण की रेखा के नीचे है,इसलिए कोक $Cu_2O$ को अपचयित कर सकता है।
$4$. $800\,^\circ C$ पर,$ZnO$ के निर्माण की रेखा $Cu_2O$ के निर्माण की रेखा के नीचे है,इसलिए $Cu$ का उपयोग $ZnO$ को अपचयित करने के लिए नहीं किया जा सकता है।
अतः,विकल्प $A$ सही है।