Reduction to free Metal Questions in Hindi

(C) Hall-Heroult प्रक्रिया पिघले हुए क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ में घुले हुए एल्यूमिना $(Al_2O_3)$ का विद्युत अपघटनी अपचयन है।
कुल अभिक्रिया है: $2Al_2O_3 + 3C \longrightarrow 4Al + 3CO_2$.
इस प्रक्रिया में होने वाली अभिक्रियाएं हैं:
वियोजन: $2Al_2O_3 \rightleftharpoons 4Al^{3+} + 6O^{2-}$.
कैथोड पर: $4Al^{3+} + 12e^- \longrightarrow 4Al$.
एनोड पर: $6O^{2-} \longrightarrow 3O_2 + 12e^-$.
एनोड पर उत्पन्न ऑक्सीजन गैस कार्बन एनोड के साथ अभिक्रिया करती है: $2C + 3O_2 \longrightarrow 3CO_2$.

(B) $Hall-Heroult$ प्रक्रिया में,इलेक्ट्रोलाइटिक सेल में कार्बन की परत वाला एक स्टील का पात्र होता है,जो कैथोड के रूप में कार्य करता है।
इसलिए,कैथोड कार्बन का बना होता है।

(B) एलिंगम आरेख,जो $\Delta G$ और $T$ के बीच ग्राफ के वक्र हैं,अयस्कों के थर्मल रिडक्शन (ऊष्मीय अपचयन) की व्यवहार्यता का अनुमान लगाने में मदद करता है।

(B) गोल्डस्मिट अभिक्रिया,जिसे थर्माइट प्रक्रम के रूप में भी जाना जाता है,में धात्विक ऑक्साइडों (जैसे $Fe_2O_3$ या $Cr_2O_3$) का अपचयन करने के लिए अपचायक के रूप में धात्विक एल्युमिनियम का उपयोग किया जाता है।
यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है और इसे सामान्य समीकरण द्वारा दर्शाया जाता है: $M_xO_y + yAl \rightarrow xM + y/2 Al_2O_3 + \text{Heat}$.
चूंकि एल्युमिनियम की ऑक्सीजन के प्रति बंधुता बहुत अधिक होती है,इसलिए यह इन ऑक्साइडों को उनकी संबंधित धातुओं में प्रभावी ढंग से अपचयित कर देता है।

(C) अम्लीय फ्लक्स का उपयोग अयस्क से क्षारीय अशुद्धियों को दूर करने के लिए किया जाता है।
$SiO_2$ एक अम्लीय फ्लक्स है क्योंकि यह $CaO$ या $FeO$ जैसी क्षारीय अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया करके एक गलनीय धातुमल (slag) बनाता है।
उदाहरण के लिए: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (धातुमल)।
$CaO$,$MgO$,और $Na_2O$ क्षारीय ऑक्साइड हैं और क्षारीय फ्लक्स के रूप में कार्य करते हैं।

(B) लोहे के उसके अयस्क (हेमेटाइट,$Fe_2O_3$) से निष्कर्षण में,चूना पत्थर $(CaCO_3)$ को फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है।
यह फ्लक्स अयस्क में मौजूद सिलिका $(SiO_2)$ अशुद्धि के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम सिलिकेट $(CaSiO_3)$ बनाता है,जिसे स्लैग कहा जाता है।
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (स्लैग)।
स्लैग एक पिघला हुआ उप-उत्पाद है जो पिघले हुए लोहे के ऊपर तैरता है और इसे अलग से हटा दिया जाता है।

(A) सोने और चांदी के निष्कर्षण में हवा $(O_2)$ की उपस्थिति में $CN^{-}$ आयनों के साथ एक घुलनशील संकुल का निर्माण होता है।
$4Au(s) + 8CN^{-}(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 4[Au(CN)_2]^{-}(aq) + 4OH^{-}(aq)$
$2Ag(s) + 4CN^{-}(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \rightarrow 2[Ag(CN)_2]^{-}(aq) + 4OH^{-}(aq)$
इसके बाद जिंक $(Zn)$ जैसी अधिक विद्युत-धनात्मक धातु का उपयोग करके विस्थापन द्वारा संकुल से धातु को पुनः प्राप्त किया जाता है:
$2[Au(CN)_2]^{-}(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
$2[Ag(CN)_2]^{-}(aq) + Zn(s) \rightarrow [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Ag(s)$
अतः,सही विधि संकुल आयन से किसी अन्य धातु द्वारा धातु का विस्थापन है।

(A) मैक-आर्थर फॉरेस्ट प्रक्रिया का उपयोग चांदी और सोने के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
चांदी के मामले में,बारीक पिसे हुए अयस्क को हवा की उपस्थिति में सोडियम साइनाइड $(NaCN)$ या पोटेशियम साइनाइड $(KCN)$ के तनु घोल के साथ उपचारित किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $4Ag + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[Ag(CN)_2]^- + 4OH^-$.
चांदी घुलनशील डाइसायनोअर्जेंटेट$(I)$ संकुल,$[Ag(CN)_2]^-$ के रूप में घुल जाती है।
अतः,सही विकल्प $A$ है.

(B) अत्यधिक इलेक्ट्रोपॉजिटिव धातुओं (जैसे $Na, K, Mg, Ca, Al$) की ऑक्सीजन के प्रति बहुत अधिक आत्मीयता होती है।
उनके ऑक्साइड अत्यधिक स्थिर होते हैं,जिसका अर्थ है कि इन धातु ऑक्साइडों की $\Delta G_f$ अत्यधिक ऋणात्मक होती है।
कार्बन अपचयन संभव नहीं है क्योंकि ये धातुएं उच्च तापमान पर कार्बन के साथ प्रतिक्रिया करके मुक्त धातु में अपचयित होने के बजाय स्थिर आयनिक कार्बाइड बनाती हैं।
इसलिए,इन धातुओं को आमतौर पर उनके पिघले हुए लवणों के विद्युत अपघटन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है।

(B) यह निर्धारित करने के लिए कि क्या $C$,$ZnO$ को अपचयित कर सकता है,हम अभिक्रिया पर विचार करते हैं: $ZnO_{(s)} + C_{(s)} \rightarrow Zn_{(s)} + CO_{(g)}$.
यह अभिक्रिया $(II)$ और $(I)$ का अंतर है:
$\Delta G^o_{reaction} = \Delta G^o_{(II)} - \Delta G^o_{(I)}$
$\Delta G^o_{reaction} = -460\,kJ\,mol^{-1} - (-360\,kJ\,mol^{-1}) = -100\,kJ\,mol^{-1}$.
चूंकि कुल $\Delta G^o$ ऋणात्मक है,इसलिए अभिक्रिया $1000\,^{\circ}C$ पर स्वतःस्फूर्त है।
अतः,$ZnO$ को $C$ द्वारा $Zn$ में अपचयित किया जा सकता है।

(A) एलिंगम आरेख एक ग्राफिकल निरूपण है जो अयस्क के तापीय अपचयन की व्यवहार्यता की भविष्यवाणी करने में मदद करता है।
इसमें सामान्य धातुओं और अपचायक एजेंटों के ऑक्साइड के निर्माण के लिए $\Delta G$ बनाम तापमान $(T)$ के आलेख शामिल होते हैं।
सामान्यतः दर्शाई गई अभिक्रिया: $2xM_{(s)} + O_{2(g)} \rightarrow 2M_xO_{(s)}$ है।
चूंकि $\Delta G = \Delta H - T\Delta S$,इसलिए एलिंगम आरेख में रेखा का ढाल $-\Delta S$ के बराबर होता है।

(A) वर्णित प्रक्रिया को $hydrometallurgy$ कहा जाता है।
इस प्रक्रिया में,अयस्क को धातु को एक संकुल के रूप में घोलने के लिए एक उपयुक्त रासायनिक अभिकर्मक (जैसे सोना या चांदी के मामले में $NaCN$ या $KCN$ का जलीय घोल) के साथ उपचारित किया जाता है।
इसके बाद,अधिक विद्युत-धनात्मक धातु (जैसे $Zn$) को जोड़कर घोल से धातु को पुनः प्राप्त किया जाता है,जो एक अपचायक के रूप में कार्य करके उत्कृष्ट धातु को अवक्षेपित करती है।

(D) एल्युमिनो-थर्मिट प्रक्रिया में,$Al$ एक अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करता है।
यह धातु ऑक्साइडों (जैसे $Fe_2O_3$) को उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित करता है जबकि स्वयं $Al_2O_3$ में ऑक्सीकृत हो जाता है।

(D) गोल्डस्मिट एल्युमिनो-थर्मिट प्रक्रिया एक अपचयन (reduction) प्रक्रिया है जिसमें धातु ऑक्साइड (जैसे $Fe_2O_3$) को एल्युमिनियम पाउडर का उपयोग करके संबंधित धातुओं में अपचयित किया जाता है।
यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है,जो धातु को पिघली हुई अवस्था में रखने के लिए पर्याप्त ऊष्मा उत्पन्न करती है।
रासायनिक समीकरण है: $2Al + Fe_2O_3 \to Al_2O_3 + 2Fe$.

(B) जिंक ब्लेंड $(ZnS)$ से जिंक का निष्कर्षण पहले अयस्क का भर्जन करके उसे जिंक ऑक्साइड $(ZnO)$ में बदलकर किया जाता है,जिसके बाद कार्बन $(C)$ द्वारा अपचयन किया जाता है।
चरण $1$: भर्जन: $2 ZnS + 3 O_2 \rightarrow 2 ZnO + 2 SO_2$
चरण $2$: कार्बन द्वारा अपचयन: $ZnO + C \xrightarrow{> 1270 \ K} Zn + CO$

(A) अपवर्तक (refractory) पदार्थ वे पदार्थ होते हैं जो रासायनिक या भौतिक परिवर्तनों के बिना उच्च तापमान का सामना कर सकते हैं।
$CaO$ और $MgO$ क्षारीय अपवर्तक पदार्थ हैं।
$SiO_2$ एक अम्लीय अपवर्तक पदार्थ है।
ग्रेफाइट एक उदासीन अपवर्तक पदार्थ है जिसका उपयोग भट्टियों में किया जाता है।

(C) कॉपर के सल्फाइड अयस्क से कॉपर के निष्कर्षण में,धातु $Cu_2O$ के $Cu_2S$ द्वारा स्वतः-अपचयन (self-reduction) से प्राप्त होती है।
कॉपर के सल्फाइड अयस्क को हवा में तब तक गर्म किया जाता है जब तक कि उसका एक हिस्सा ऑक्साइड $(Cu_2O)$ में परिवर्तित न हो जाए।
इसके बाद,हवा की अनुपस्थिति में और गर्म करने पर,ऑक्साइड शेष अपरिवर्तित सल्फाइड $(Cu_2S)$ के साथ अभिक्रिया करके धात्विक कॉपर बनाता है।
इसमें शामिल रासायनिक अभिक्रियाएँ इस प्रकार हैं:
$2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$
$2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$

(C) दी गई अभिक्रियाएँ सल्फाइड अयस्कों के स्व-अपचयन (self-reduction) की प्रक्रिया को दर्शाती हैं।
$Hg$ $(HgS)$,$Pb$ $(PbS)$,और $Cu$ $(Cu_2S)$ जैसी धातुओं को उनके सल्फाइड अयस्कों से इस विधि द्वारा निष्कर्षित किया जाता है।
$Zn$ को उसके सल्फाइड अयस्क $(ZnS)$ से पहले भर्जन (roasting) द्वारा $ZnO$ में बदलकर,फिर कार्बन $(C)$ या कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ के साथ अपचयन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है,न कि स्व-अपचयन द्वारा।
अतः,$X$,$Zn$ नहीं हो सकता है।

(B) बहुत उच्च गलनांक वाले धातु ऑक्साइड,जैसे $Cr$,$Mn$,$Ti$,$Mo$,$Fe$ आदि के ऑक्साइड का कार्बन द्वारा अपचयन करना कठिन होता है। इन्हें $Al$ पाउडर का अपचायक के रूप में उपयोग करके थर्मिट अपचयन द्वारा अपचयित किया जा सकता है।
एल्युमिनो-थर्मिट प्रक्रिया: $Mn$ और $Cr$ के कुछ ऑक्साइड अपने बहुत उच्च गलनांक के कारण कार्बन द्वारा अपचयित नहीं होते हैं। वे $Al$ द्वारा अपचयित होते हैं।
$Cr_2O_3 + 2 Al \rightarrow 2 Cr + Al_2O_3$
$3 Mn_3O_4 + 8 Al \rightarrow 9 Mn + 4 Al_2O_3$
इन अभिक्रियाओं में,$Al$ का ऑक्सीकरण होता है जबकि यह धातु ऑक्साइड को धातु में अपचयित करता है। अतः,$Al$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

(C) एल्युमीनियम एक अत्यधिक सक्रिय धातु है,और इसके ऑक्साइड $(Al_2O_3)$ को कार्बन या हाइड्रोजन जैसे सामान्य अपचायक (reducing agents) द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है क्योंकि एल्युमीनियम की ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण शक्ति कार्बन या हाइड्रोजन की तुलना में बहुत अधिक होती है।
इसलिए,बॉक्साइट अयस्क से एल्युमीनियम का निष्कर्षण पिघले हुए क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ में घुले हुए पिघले हुए एल्युमिना $(Al_2O_3)$ के विद्युत अपघटन द्वारा किया जाता है,जो गलनांक को कम करता है और विद्युत चालकता को बढ़ाता है।
इस प्रक्रिया को हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।

(C) क्रोमियम का निष्कर्षण क्रोमाइट अयस्क $(FeCr_2O_4)$ से एल्युमिनोथर्मिक प्रक्रिया द्वारा किया जाता है।
इस प्रक्रिया में,सांद्र अयस्क का अपचयन अपचायक के रूप में एल्युमिनियम पाउडर का उपयोग करके किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया: $FeCr_2O_4 + 2Al \rightarrow 2Cr + Fe + Al_2O_3$.

(C) $Aluminium$ $(Al)$ का निष्कर्षण क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ के साथ मिश्रित पिघले हुए $Al_2O_3$ के विद्युत अपघटन द्वारा किया जाता है,जिसे $Hall-Heroult$ प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है। अतः,$Aluminium$ वह तत्व है जिसे विद्युत अपघटन प्रक्रिया द्वारा प्राप्त किया जाता है।

(C) कॉपर का निष्कर्षण उसके सल्फाइड अयस्क $(Cu_2S)$ से मुख्य रूप से ऑटो-रिडक्शन प्रक्रिया द्वारा किया जाता है।
इस प्रक्रिया में,अयस्क को सीमित हवा की आपूर्ति में गर्म किया जाता है,जहाँ सल्फाइड अयस्क का एक हिस्सा ऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है,जो फिर शेष सल्फाइड अयस्क के साथ प्रतिक्रिया करके धात्विक कॉपर बनाता है।
रासायनिक अभिक्रिया है: $2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$
इसके बाद: $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$
इस विधि को ऑटो-रिडक्शन कहा जाता है क्योंकि इसमें कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे किसी बाहरी अपचायक (reducing agent) की आवश्यकता नहीं होती है।

(A) कॉपर के निष्कर्षण में,बेसेमर कन्वर्टर में धातु का निर्माण स्वतः-अपचयन (self-reduction) प्रक्रिया के कारण होता है।
इस प्रक्रिया में,कॉपर$(I)$ सल्फाइड और कॉपर$(I)$ ऑक्साइड अभिक्रिया करके धात्विक कॉपर और सल्फर डाइऑक्साइड गैस उत्पन्न करते हैं।
संतुलित रासायनिक समीकरण: $Cu_2S + 2Cu_2O \to 6Cu + SO_2$.

(A) कैल्शियम का निष्कर्षण $CaCl_2$ और $CaF_2$ के गलित मिश्रण के विद्युत अपघटन द्वारा किया जाता है।
$CaCl_2$ का गलनांक उच्च $(772 \ ^\circ C)$ होता है,जिससे प्रक्रिया ऊर्जा-गहन हो जाती है।
$CaF_2$ (फ्लुओरस्पार) मिलाने से मिश्रण का गलनांक घटकर लगभग $650 \ ^\circ C$ हो जाता है,जो विद्युत अपघटन प्रक्रिया को सुगम बनाता है और गलित मिश्रण की चालकता में सुधार करता है।

(B) सीसा मुख्य रूप से इसके अयस्क,गैलेना $(PbS)$ से स्वतः अपचयन विधि (जिसे वायु अपचयन प्रक्रिया भी कहा जाता है) द्वारा निष्कर्षित किया जाता है।
इस प्रक्रिया में,अयस्क को हवा में आंशिक रूप से भुना जाता है जिससे लेड ऑक्साइड $(PbO)$ और लेड सल्फेट $(PbSO_4)$ बनते हैं,जो बाद में शेष $PbS$ के साथ प्रतिक्रिया करके धात्विक सीसा $(Pb)$ उत्पन्न करते हैं।

(A) सिनाबार $(HgS)$ से मरकरी के निष्कर्षण में,अयस्क को हवा में गर्म किया जाता है जिससे $HgO$ बनता है,जो बाद में उच्च तापमान पर स्वतः-अपचयन (self-reduction) द्वारा मरकरी धातु देता है।
$2HgS + 3O_2 \rightarrow 2HgO + 2SO_2$
$2HgO \rightarrow 2Hg + O_2$
अतः,किसी बाहरी अपचायक की आवश्यकता नहीं होती है।

(A) एल्युमीनियम एक प्रबल अपचायक है और इसका उपयोग थर्माइट प्रक्रिया में उन धातु ऑक्साइडों को अपचयित करने के लिए किया जाता है जो एल्युमीनियम से कम सक्रिय होते हैं।
विशेष रूप से,इसका उपयोग $Cr_2O_3$ को क्रोमियम धातु में अपचयित करने के लिए किया जाता है,जिसकी अभिक्रिया इस प्रकार है: $Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3$.

(B) Hall-Heroult प्रक्रिया में,शुद्ध एल्यूमिना $(Al_2O_3)$ का गलनांक बहुत अधिक $(2050 \ ^\circ C)$ होता है और यह विद्युत का कुचालक होता है।
इन समस्याओं को दूर करने के लिए,इसे पिघले हुए क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ में घोला जाता है।
मिश्रण में फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ मिलाया जाता है ताकि इलेक्ट्रोलाइट के गलनांक को और कम किया जा सके और पिघले हुए मिश्रण की विद्युत चालकता बढ़ाई जा सके,जिससे विद्युत अपघटनी अपचयन प्रक्रिया आसान हो जाती है।

(B) कॉपर पाइराइट्स $(CuFeS_2)$ से कॉपर के निष्कर्षण के दौरान,सल्फर को हटाने के लिए अयस्क का भर्जन किया जाता है और फिर उसका प्रगलन (smelting) किया जाता है।
अयस्क में मौजूद आयरन का ऑक्सीकरण होकर $FeO$ बनता है,जो फिर मिलाए गए फ्लक्स,सिलिका $(SiO_2)$ के साथ अभिक्रिया करके एक गलनीय धातुमल (slag),आयरन $(II)$ सिलिकेट $(FeSiO_3)$ बनाता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है:
$2CuFeS_2 + 2SiO_2 + 3O_2 \rightarrow Cu_2S + 2FeSiO_3 + 2SO_2$
अतः,आयरन को $FeSiO_3$ के रूप में हटाया जाता है।

(B) लोहे के अयस्क हेमेटाइट $(Fe_2O_3)$ से लोहे के निष्कर्षण में,अयस्क को ब्लास्ट फर्नेस में डालने से पहले कोक और चूना पत्थर के साथ मिलाया जाता है।
कोक एक अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करता है,जो $Fe_2O_3$ को पिघले हुए लोहे में अपचयित करता है।
चूना पत्थर $(CaCO_3)$ फ्लक्स के रूप में कार्य करता है,जो $CaO$ और $CO_2$ में विघटित हो जाता है। $CaO$ अयस्क में मौजूद सिलिका $(SiO_2)$ की अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम सिलिकेट $(CaSiO_3)$ धातुमल (slag) बनाता है,जिसे आसानी से अलग किया जा सकता है।

(C) ब्लास्ट फर्नेस में,कोक का दहन नीचे के हिस्से में ट्यूयर्स (tuyeres) के पास होता है,जहाँ गर्म हवा प्रवाहित की जाती है।
अभिक्रियाएं इस प्रकार हैं:
$2C + O_2 \rightarrow 2CO + \text{ऊष्मा}$
$C + O_2 \rightarrow CO_2 + \text{ऊष्मा}$
ये दोनों दहन अभिक्रियाएं अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती हैं,जो दहन क्षेत्र (ट्यूयर्स के पास) में अधिकतम तापमान उत्पन्न करती हैं।

(A) ब्लास्ट फर्नेस से प्राप्त लोहे में लगभग $4 \%$ कार्बन और कम मात्रा में कई अशुद्धियाँ (जैसे $S$,$P$,$Si$,$Mn$) होती हैं।
इस लोहे को पिग आयरन कहा जाता है और इसे विभिन्न आकारों में ढाला जाता है।
अतः,सही विकल्प $(A)$ है।

(C) जब $AgCl$ को $Na_2CO_3$ के साथ संगलित किया जाता है,तो यह शुरू में सिल्वर कार्बोनेट बनाता है:
$2AgCl + Na_2CO_3 \to Ag_2CO_3 + 2NaCl$
सिल्वर कार्बोनेट तापीय रूप से अस्थिर होता है और गर्म करने पर विघटित होकर धात्विक सिल्वर देता है:
$Ag_2CO_3 \xrightarrow{\Delta} 2Ag + \frac{1}{2} O_2 + CO_2 \uparrow$
अतः,अंतिम उत्पाद के रूप में धात्विक सिल्वर $(Ag)$ प्राप्त होता है।

(D) रेलवे वैगन की धुरी चारकोल पाउडर में दबे लोहे की छड़ों को गर्म करके बनाई जाती है। इस प्रक्रिया को केस हार्डनिंग कहा जाता है।
केस हार्डनिंग,पिटवां लोहे (wrought iron) या कम कार्बन वाले स्टील की सतह को कठोर बनाने की प्रक्रिया है,जिसमें सतह की परत में कार्बन का प्रसार करके उच्च-कार्बन स्टील की एक पतली परत बनाई जाती है।
यह आमतौर पर लोहे को चारकोल या पोटेशियम फेरोसायनाइड जैसी कार्बनयुक्त सामग्री के संपर्क में गर्म करके और फिर उसे तेल या पानी जैसे उपयुक्त माध्यम में ठंडा करके किया जाता है।

(D) पाइरोमेटलर्जी में उच्च तापमान पर अयस्कों को गर्म करके,अक्सर कार्बन जैसे अपचायक (reducing agent) के साथ,धातुओं का निष्कर्षण किया जाता है।
$Ag_2S$,$ZnS$,$Cu_2S$,$HgS$,$MnO_2$,और $SnO_2$ सभी ऐसे अयस्क हैं जिन्हें पाइरोमेटलर्जिकल प्रक्रियाओं (जैसे भर्जन और उसके बाद कार्बन द्वारा अपचयन या स्वतः-अपचयन) द्वारा उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित किया जा सकता है।
चूंकि दिए गए अयस्कों के सभी युग्मों को पाइरोमेटलर्जी द्वारा उनकी संबंधित धातुओं में परिवर्तित किया जा सकता है,इसलिए सही उत्तर 'कोई नहीं' है।

(D) कार्बन द्वारा धातु ऑक्साइड का अपचयन केवल तभी संभव है जब अभिक्रिया के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G)$ ऋणात्मक हो।
$Al_2O_3$ की संभवन एन्थैल्पी बहुत अधिक ऋणात्मक होती है,जिसका अर्थ है कि यह अत्यधिक स्थिर है।
कार्बन $Al_2O_3$ को $Al$ में अपचयित नहीं कर सकता क्योंकि धातुकर्म प्रक्रियाओं में उपयोग किए जाने वाले तापमान पर ऑक्सीजन के लिए $Al$ की बंधुता $C$ की तुलना में बहुत अधिक होती है।
इसलिए,$Al_2O_3$ की संभवन ऊष्मा इतनी अधिक है कि कार्बन एक प्रभावी अपचायक के रूप में कार्य नहीं कर सकता है।

(D) जब एल्यूमिना $(Al_2O_3)$ को नाइट्रोजन $(N_2)$ के वातावरण में कार्बन $(C)$ के साथ गर्म किया जाता है,तो उत्पाद के रूप में एल्यूमीनियम नाइट्राइड $(AlN)$ और कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ प्राप्त होते हैं।
संतुलित रासायनिक समीकरण है:
$Al_2O_3 + 3C + N_2 \rightarrow 2AlN + 3CO$

(C) टिन $(Sn)$ और जिंक $(Zn)$ को उनके संबंधित ऑक्साइड अयस्कों से कार्बन अपचयन विधि द्वारा व्यावसायिक रूप से निष्कर्षित किया जाता है।
उदाहरण के लिए,$SnO_2 + 2C \rightarrow Sn + 2CO$ और $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$।
$Al$ जैसी धातुओं को विद्युत अपघटनी अपचयन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है,और $Cu$ को अक्सर स्वतः अपचयन या भर्जन के बाद अपचयन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है।

(B) कॉपर ग्लान्स $(Cu_2S)$ से कॉपर के व्यावसायिक निष्कर्षण में,अयस्क को आंशिक रूप से भर्जित (roasting) किया जाता है जिससे कॉपर$(I)$ ऑक्साइड $(Cu_2O)$ बनता है:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
इसके बाद स्वतः-अपचयन (self-reduction) होता है,जहाँ शेष $Cu_2S$ बने हुए $Cu_2O$ के साथ अभिक्रिया करके धात्विक कॉपर उत्पन्न करता है:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
इस प्रक्रिया में कॉपर का अपचयन कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा नहीं होता है क्योंकि इन तापमानों पर कार्बन की तुलना में कॉपर की ऑक्सीजन के प्रति आकर्षण शक्ति कम होती है।

(D) पार्क्स प्रक्रिया सीसे से चांदी निकालने की एक धातु कर्म प्रक्रिया है।
विद्युत अपघटनी शोधन $Cu$,$Ni$,$Pb$,$Au$ और $Ag$ जैसी धातुओं के शुद्धिकरण के लिए एक मानक विधि है,जिसमें चांदी अक्सर एनोड मड (anode mud) के रूप में प्राप्त की जाती है।
सिल्वर सल्फाइड $(Ag_2S)$ से चांदी का निष्कर्षण निम्नलिखित अभिक्रियाओं द्वारा होता है:
$Ag_2S + 4NaCN \rightarrow 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$ (उत्क्रमणीय अभिक्रिया)
$2Na[Ag(CN)_2] + Zn \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$
हालाँकि,$Na[Ag(CN)_2]$ को गर्म करने से सीधे धात्विक चांदी $(Ag)$ प्राप्त नहीं होती है क्योंकि यह सरल धात्विक चांदी के बजाय जटिल उत्पादों में विघटित हो जाता है।
अतः,विकल्प $D$ सही उत्तर है।

(B) चरण $I$: क्रोमाइट अयस्क $(FeCr_2O_4)$ को हवा की उपस्थिति में $NaOH$ के साथ संगलित करने पर सोडियम क्रोमेट $(Na_2CrO_4)$ प्राप्त होता है।
$4FeCr_2O_4 + 8NaOH + 7O_2 \rightarrow 8Na_2CrO_4 + 2Fe_2O_3 + 8H_2O$.
चरण $II$: सोडियम क्रोमेट को कार्बन के साथ उपचारित करके क्रोमियम$(III)$ ऑक्साइड $(Cr_2O_3)$ में अपचयित किया जाता है।
$2Na_2CrO_4 + 2C \rightarrow Cr_2O_3 + Na_2CO_3 + CO$.
चरण $III$: क्रोमियम$(III)$ ऑक्साइड को एल्युमिनोथर्मिक प्रक्रिया द्वारा धात्विक क्रोमियम में अपचयित किया जाता है ($Al$ अपचायक के रूप में)।
$Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3$.

(A) शुद्ध एल्यूमिना का विद्युत अपघटन संभव नहीं है क्योंकि यह विद्युत का कुचालक है और इसका गलनांक उच्च है।
एल्यूमिना $(Al_2O_3)$ में क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ और फ्लोर्सपार $(CaF_2)$ मिलाया जाता है,जो गलनांक को घटाकर लगभग $1140 \ K$ कर देता है और मिश्रण को विद्युत का अच्छा सुचालक बनाता है।
इसके बाद,इस पिघले हुए मिश्रण का विद्युत अपघटन किया जाता है।

(B) एल्युमिनियम पाउडर द्वारा धातु ऑक्साइड के अपचयन को गोल्डस्मिट की एल्युमिनोथर्मिट प्रक्रम कहा जाता है।
इस प्रक्रिया में,एक धातु ऑक्साइड (जैसे $Cr_2O_3$) को एल्युमिनियम पाउडर द्वारा अपचयित करके धातु को पिघली हुई अवस्था में प्राप्त किया जाता है।
यह अभिक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी होती है:
$Cr_2O_3 + 2Al \rightarrow 2Cr + Al_2O_3 + \text{Heat}$

(C) Hall-Heroult प्रक्रिया में,$Al_2O_3$ को पिघले हुए क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ में घोला जाता है ताकि इसका गलनांक कम हो सके और विद्युत चालकता बढ़ सके। कैथोड पर $Al$ जमा होता है और कार्बन एनोड पर $CO_2$ मुक्त होती है। $CaF_2$ (फ्लुओरस्पार) का उपयोग गलनांक को और कम करने और तरलता में सुधार करने के लिए किया जाता है। $Li_2CO_3$ का उपयोग क्रायोलाइट के विकल्प के रूप में नहीं किया जा सकता है क्योंकि यह प्रक्रिया के लिए आवश्यक इलेक्ट्रोलाइट गुण प्रदान नहीं करता है। अतः,विकल्प $C$ गलत कथन है।

(B) ब्लास्ट फर्नेस में,चूना पत्थर $(CaCO_3)$ को फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है।
सबसे पहले,यह $CaO$ और $CO_2$ प्रदान करने के लिए विघटित होता है: $CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$।
फिर,$CaO$ अयस्क में मौजूद सिलिका $(SiO_2)$ जैसी अम्लीय अशुद्धियों को दूर करने के लिए फ्लक्स के रूप में कार्य करता है,जिससे स्लैग $(CaSiO_3)$ बनता है: $CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$।
इस प्रकार,यह $CaO$ का स्रोत प्रदान करता है $(I)$ और अशुद्धियों को दूर करता है $(II)$। उत्पन्न $CO_2$ एक उप-उत्पाद है,न कि चूना पत्थर मिलाने का मुख्य उद्देश्य। इसलिए,सही कथन $I$ और $II$ हैं।

(C) बेसेमर परिवर्तक में,कॉपर के निष्कर्षण में स्वतः-अपचयन (self-reduction) की प्रक्रिया शामिल होती है। पिघला हुआ कॉपर मैट,जिसमें $Cu_2S$ और $FeS$ होते हैं,का ऑक्सीकरण किया जाता है। आयरन को धातुमल (slag) के रूप में हटाने के बाद,शेष $Cu_2S$,$Cu_2O$ के साथ अभिक्रिया करता है (जो $Cu_2S$ के आंशिक ऑक्सीकरण से बनता है) और धात्विक कॉपर उत्पन्न करता है। अभिक्रिया इस प्रकार है: $Cu_2S + 2Cu_2O \longrightarrow 6Cu + SO_2$.

(A) यदि पिग आयरन के ऑक्सीकरण के लिए हवा का उपयोग किया जाता है,तो पिघली हुई धातु हवा से थोड़ी मात्रा में नाइट्रोजन ले लेगी।
यह नाइट्रोजन स्टील को भंगुर बना देता है।
इसलिए,नाइट्रोजन की उपस्थिति से बचने के लिए हवा के बजाय शुद्ध $O_2$ का उपयोग किया जाता है।

(D) अर्जेंटाइट अयस्क $(Ag_2S)$ से चांदी के निष्कर्षण में,अयस्क को हवा की उपस्थिति में $NaCN$ या $KCN$ के तनु घोल के साथ उपचारित किया जाता है ताकि एक घुलनशील संकुल $Na[Ag(CN)_2]$ बन सके।
$Ag_2S + 4NaCN \rightarrow 2Na[Ag(CN)_2] + Na_2S$.
$KNO_3$ को फ्लक्स के रूप में मिलाया जाता है ताकि प्रतिक्रिया के दौरान बनने वाले $Na_2S$ (या $S^{2-}$ आयनों) को $SO_2$ या $SO_4^{2-}$ में ऑक्सीकृत किया जा सके,जिससे संकुल निर्माण की विपरीत प्रतिक्रिया रुक जाती है।
विशेष रूप से,यह अयस्क में मौजूद सल्फर अशुद्धियों को $SO_2$ में ऑक्सीकृत करता है जो बाहर निकल जाती है,जिससे साम्यावस्था आगे की दिशा में स्थानांतरित हो जाती है।

(D) कुछ धातु ऑक्साइडों को कार्बन द्वारा संतोषजनक रूप से अपचयित नहीं किया जा सकता है।
ऐसे ऑक्साइडों के लिए,$Al$ (एल्युमिनियम),जो एक अधिक सक्रिय धातु है,का उपयोग किया जाता है।
इस प्रक्रिया को थर्मिट प्रक्रिया या एल्युमिनो-थर्मिक प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है।
इस अभिक्रिया में,$Al$ धातु ऑक्साइड से ऑक्सीजन को हटा देता है,जिसका अर्थ है कि यह स्वयं ऑक्सीकृत हो जाता है और धातु ऑक्साइड को अपचयित करता है।
इसलिए,$Al$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।