Reduction to free Metal Questions in Hindi

(A) एलिंगम आरेख तापमान $(T)$ के फलन के रूप में तत्वों के ऑक्साइड,सल्फाइड और हैलाइड के निर्माण की गिब्स मुक्त ऊर्जा $(\Delta G)$ में परिवर्तन का एक ग्राफिकल निरूपण है।
यह अनिवार्य रूप से धातुओं की ऑक्सीकरण या अपचयन अभिक्रियाओं के लिए $\Delta G$ बनाम $T$ का एक आलेख है।
यह आरेख धातु ऑक्साइड के तापीय अपचयन की व्यवहार्यता की भविष्यवाणी करने में मदद करता है।

(D) लोहे के निष्कर्षण में $SiO_2$ अशुद्धि के रूप में उपस्थित होता है,इसलिए क्षारीय गालक (basic flux) का उपयोग किया जाता है।
अभिक्रिया: $\mathop {CaO}\limits_{\text{Flux}} + \mathop {SiO_2}\limits_{\text{Impurity}} \to \mathop {CaSiO_3}\limits_{\text{Slag}}$
अतः,उत्पन्न होने वाला धातुमल $CaSiO_3$ है।

(C) एल्युमिनोथर्मिट प्रक्रिया में,धातु ऑक्साइड (जैसे $Cr_2O_3$ या $Fe_2O_3$) को एल्युमिनियम पाउडर का उपयोग करके उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया है: $Cr_2O_3 + 2Al \to Al_2O_3 + 2Cr$.
इस अभिक्रिया में,एल्युमिनियम $(Al)$ का $Al_2O_3$ में ऑक्सीकरण होता है और यह धातु ऑक्साइड को धातु में अपचयित करता है। इसलिए,$Al$ एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

(D) $1$. $CuFeS_2$ (कॉपर पाइराइट्स) का सांद्रण फेन प्लवन विधि द्वारा किया जाता है,न कि लीचिंग द्वारा।
$2$. $Au$ (सोना) का शुद्धिकरण जोन रिफाइनिंग या विद्युत अपघटन द्वारा किया जाता है,न कि पोलिंग द्वारा।
$3$. $Fe_2O_3$ (हेमेटाइट) का अपचयन ब्लास्ट फर्नेस में कार्बन द्वारा किया जाता है,न कि विद्युत अपघटन द्वारा।
$4$. $PbS$ (गैलेना) का निष्कर्षण भर्जन (roasting) द्वारा $PbO$ बनाकर किया जाता है,जो शेष $PbS$ के साथ अभिक्रिया करके लेड धातु देता है। इस प्रक्रिया को स्व-अपचयन (self-reduction) कहा जाता है। अतः,$PbS - \text{Reduction} - \text{Self reduction}$ सही मिलान है।

(A) एलिंगम आरेख में,दो रेखाओं का प्रतिच्छेदन बिंदु वह तापमान दर्शाता है जिस पर दो धातुओं (या एक धातु और कार्बन) की ऑक्सीजन के प्रति समान आकर्षण शक्ति होती है।
जिंक के ऑक्सीकरण $(2Zn + O_2 \rightarrow 2ZnO)$ के लिए रेखा और कार्बन के ऑक्सीकरण $(2C + O_2 \rightarrow 2CO)$ के लिए रेखा $1000^{\circ}C$ पर एक-दूसरे को काटती हैं।
अतः,$1000^{\circ}C$ तापमान पर,जिंक और कार्बन की ऑक्सीजन के प्रति समान आकर्षण शक्ति होती है।

(B) एलिंगम आरेख में,एक धातु ऑक्साइड को अपचायक (reducing agent) द्वारा अपचयित किया जा सकता है यदि दिए गए तापमान पर अपचायक की $\Delta G^\circ$ रेखा धातु ऑक्साइड की $\Delta G^\circ$ रेखा के नीचे स्थित हो।
अपचयन अभिक्रिया $ZnO + C \to Zn + CO$ है।
दिए गए एलिंगम आरेख से,कार्बन के ऑक्सीकरण $(2C + O_2 \to 2CO)$ के लिए रेखा और जिंक के ऑक्सीकरण $(2Zn + O_2 \to 2ZnO)$ के लिए रेखा लगभग $1000 \, ^\circ C$ पर एक-दूसरे को काटती है।
$1000 \, ^\circ C$ से अधिक तापमान के लिए,$CO$ के निर्माण के लिए $\Delta G^\circ$ रेखा $ZnO$ के निर्माण के लिए $\Delta G^\circ$ रेखा के नीचे स्थित होती है। इसलिए,कार्बन $1000 \, ^\circ C$ से अधिक तापमान पर ही $ZnO$ के लिए अपचायक के रूप में कार्य कर सकता है।

(D) एलिंगम आरेख में,एक धातु दूसरी धातु के ऑक्साइड को अपचयित (reduce) कर सकती है यदि दी गई धातु की ऑक्सीकरण रेखा दूसरी धातु की रेखा से नीचे स्थित हो।
$1100 \, ^oC$ पर,$MgO$ के निर्माण की रेखा $ZnO$ के निर्माण की रेखा से काफी नीचे होती है।
इसलिए,$Mg$ प्रभावी रूप से $ZnO$ को $Zn$ में अपचयित कर सकता है।
दिए गए विकल्पों में से अभिक्रिया $ZnO + Mg \to MgO + Zn$ के लिए गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन $(\Delta G)$ सबसे अधिक ऋणात्मक है,जो इसे सबसे अधिक स्वतःस्फूर्त बनाती है।

(B) विद्युत रासायनिक श्रेणी में $H$ से ऊपर स्थित धातुएं अपने ऑक्साइड को केवल गर्म करने से प्राप्त नहीं होती हैं।
गर्म करने पर,$ZnO$ धातु $Zn$ नहीं देगा क्योंकि $Zn$ एक मध्यम सक्रिय धातु है।
हालाँकि,इसे $C$ या $H_2$ के साथ अपचयित करके मुक्त धातु प्राप्त की जा सकती है:
$ZnO + C \rightarrow Zn + CO$
$ZnO + CO \rightarrow Zn + CO_2$
$ZnO + H_2 \xrightarrow{\text{above } 400^{\circ} C} Zn + H_2O$
इसके विपरीत,$HgO$ और $Ag_2O$ उत्कृष्ट धातुओं के ऑक्साइड हैं और गर्म करने पर क्रमशः $Hg$ और $Ag$ देते हैं:
$2HgO \rightarrow 2Hg + O_2$
$2Ag_2O \rightarrow 4Ag + O_2$

(B) कॉपर ग्लान्स $(Cu_2S)$ से कॉपर के निष्कर्षण में,अयस्क को सीमित वायु की आपूर्ति में भुना जाता है ताकि $Cu_2S$ आंशिक रूप से $Cu_2O$ में परिवर्तित हो जाए:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
भूनने के बाद,तापमान बढ़ाया जाता है ताकि स्वतः-अपचयन (auto-reduction) हो सके,जहाँ शेष $Cu_2S$,$Cu_2O$ के लिए अपचायक के रूप में कार्य करता है:
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
इस प्रक्रिया को स्वतः-अपचयन कहा जाता 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 का मान बहुत अधिक ऋणात्मक होता है,जिसका अर्थ है कि यह अत्यधिक स्थिर है।
कार्बन $Al_2O_3$ को $Al$ में अपचयित नहीं कर सकता क्योंकि मध्यम तापमान पर ऑक्सीजन के लिए $Al$ की बंधुता $C$ की तुलना में बहुत अधिक होती है।
इसलिए,$Al_2O_3$ की संभवन एन्थैल्पी इतनी अधिक है कि कार्बन एक अपचायक के रूप में कार्य नहीं कर सकता है।

(B) धातु कर्म की प्रक्रिया में,गैंग (अशुद्धियों) को हटाने के लिए फ्लक्स मिलाया जाता है।
फ्लक्स गैंग के साथ अभिक्रिया करके एक गलनीय पदार्थ बनाता है जिसे धातुमल (Slag) कहते हैं।
उदाहरण के लिए,यदि अशुद्धि $SiO_2$ (अम्लीय) है,तो $CaO$ जैसा क्षारीय फ्लक्स मिलाया जाता है।
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (कैल्शियम सिलिकेट)।
अतः,धातुमल में सामान्यतः धातु सिलिकेट के रूप में पिघली हुई अशुद्धियाँ होती हैं।

(D) कॉपर पाइराइट $(CuFeS_2)$ से कॉपर के निष्कर्षण में,अयस्क को भर्जन (roasting) द्वारा फेरस ऑक्साइड $(FeO)$ में परिवर्तित किया जाता है।
$FeO$ एक क्षारीय अशुद्धि है।
इस क्षारीय अशुद्धि को हटाने के लिए,अम्लीय फ्लक्स $SiO_2$ मिलाया जाता है।
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (धातुमल/slag)।
अतः,$SiO_2$ का उपयोग फ्लक्स के रूप में किया जाता है।

(D) अयस्क से अशुद्धियों (गैंग) को हटाने के लिए प्रगलन के दौरान फ्लक्स मिलाया जाता है।
यदि अशुद्धि अम्लीय है (जैसे $SiO_2$),तो एक क्षारीय फ्लक्स (जैसे $CaO$) मिलाकर गलनीय धातुमल $(CaSiO_3)$ बनाया जाता है।
यदि अशुद्धि क्षारीय है (जैसे $FeO$),तो एक अम्लीय फ्लक्स (जैसे $SiO_2$) मिलाकर गलनीय धातुमल $(FeSiO_3)$ बनाया जाता है।
अतः,अयस्क में मौजूद अशुद्धि की प्रकृति के आधार पर फ्लक्स का उपयोग अम्लीय और क्षारीय दोनों प्रकार की अशुद्धियों को हटाने के लिए किया जाता है।

(A) एल्युमिनो-थर्माइट प्रक्रिया का उपयोग एल्युमीनियम पाउडर को अपचायक के रूप में उपयोग करके $Cr$ और $Mn$ जैसी धातुओं को उनके ऑक्साइड से निकालने के लिए किया जाता है।
अभिक्रिया को शुरू करने के लिए,आवश्यक ऊष्मा प्रदान करने हेतु एक प्रज्वलन मिश्रण की आवश्यकता होती है।
यह प्रज्वलन मिश्रण मैग्नीशियम पाउडर और बेरियम पेरोक्साइड $(BaO_2)$ से बना होता है।

(B) प्रद्रावण (smelting) अपचयन की एक प्रक्रिया है जिसमें भुने हुए या निस्तापित अयस्क को उपयुक्त फ्लक्स और ईंधन के साथ मिलाकर उसके गलनांक से अधिक तापमान पर गर्म किया जाता है। इस प्रक्रिया में,धातु ऑक्साइड को कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे अपचायक द्वारा धात्विक अवस्था में अपचयित किया जाता है।

(C) वात्या भट्टी का उपयोग अयस्क से लोहे के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
चूंकि वात्या भट्टी के अंदर का तापमान बहुत अधिक होता है,इसलिए आंतरिक अस्तर ऐसी सामग्री से बना होना चाहिए जो पिघले बिना या प्रतिक्रिया किए बिना उच्च ताप को सहन कर सके।
इन्हें अग्निसह ईंटें (refractory bricks) कहा जाता है,जो मुख्य रूप से एल्यूमिना $(Al_2O_3)$ और सिलिका $(SiO_2)$ से बनी होती हैं।

(B) सिलिका $(SiO_2)$ एक अम्लीय अशुद्धि (धात्री) है। अम्लीय अशुद्धि को हटाने के लिए एक क्षारीय गालक की आवश्यकता होती है। क्षारीय गालक अम्लीय अशुद्धि के साथ अभिक्रिया करके गलनीय धातुमल (slag) बनाता है। उदाहरण के लिए,$CaO$ (क्षारीय गालक) $SiO_2$ (अम्लीय अशुद्धि) के साथ अभिक्रिया करके $CaSiO_3$ (धातुमल) बनाता है।

(D) $Al$,$Na$,$Mg$,और $Ca$ जैसी अत्यधिक सक्रिय धातुओं को उनके गलित लवणों के विद्युत अपघटनी अपचयन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है क्योंकि उन्हें कार्बन या अन्य सामान्य अपचायक द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।
$Al$ को हॉल-हेराल्ट प्रक्रम द्वारा निष्कर्षित किया जाता है,जिसमें गलित क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ में घुले हुए एल्युमिना $(Al_2O_3)$ का विद्युत अपघटनी अपचयन किया जाता है।

(A) ऑक्साइड अयस्कों से धातु के निष्कर्षण की सबसे सामान्य और किफायती विधि कार्बन द्वारा अपचयन है। इस प्रक्रिया में,धातु ऑक्साइड को कोक (कार्बन) के साथ गर्म किया जाता है,जो एक अपचायक के रूप में कार्य करता है और धातु तथा कार्बन मोनोऑक्साइड या कार्बन डाइऑक्साइड उत्पन्न करता है। इसका उपयोग $Fe$,$Zn$,$Pb$ जैसी धातुओं के लिए व्यापक रूप से किया जाता है।

(A) धातु विज्ञान में,जहाँ बेसिक अशुद्धियों (जैसे $P_4O_{10}$) को हटाना होता है या जब बनने वाला स्लैग अम्लीय होता है,वहाँ भट्टी में बेसिक अस्तर की आवश्यकता होती है। $MgO \cdot CaO$ (कैल्सीनेटेड डोलोमाइट) या $MgO$ (मैग्नेशिया) का उपयोग आमतौर पर भट्टी के अस्तर के लिए बेसिक रिफ्रैक्टरी सामग्री के रूप में किया जाता है।

(D) सायनाइड प्रक्रिया,जिसे मैक-आर्थर फॉरेस्ट प्रक्रिया के रूप में भी जाना जाता है,का उपयोग सोने $(Au)$ और चांदी $(Ag)$ के निष्कर्षण के लिए किया जाता है।
इस प्रक्रिया में,कुचले हुए अयस्क को हवा $(O_2)$ की उपस्थिति में सोडियम सायनाइड $(NaCN)$ के तनु घोल के साथ उपचारित किया जाता है,जो एक ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करता है।
धातु सायनाइड घोल में घुलकर एक घुलनशील संकुल बनाती है:
$4M + 8CN^- + 2H_2O + O_2 \rightarrow 4[M(CN)_2]^- + 4OH^-$ (जहाँ $M = Au$ या $Ag$ है)।
इसलिए,$Au$ और $Ag$ दोनों को इस विधि का उपयोग करके निकाला जाता है।

(B) धातु कर्म की प्रक्रिया में,विशेष रूप से थर्माइट प्रक्रिया में,एल्युमिनियम का उपयोग धातु ऑक्साइड (जैसे $Cr_2O_3$ या $Fe_2O_3$) को उनकी संबंधित धातुओं में अपचयित (reduce) करने के लिए किया जाता है।
चूंकि एल्युमिनियम का ऑक्सीकरण $(Al \rightarrow Al^{3+} + 3e^-)$ होता है और यह धातु ऑक्साइड को अपचयित करता है,इसलिए यह एक प्रबल अपचायक (reducing agent) के रूप में कार्य करता है।

(C) एल्युमिनियम के निष्कर्षण की हॉल-हेराल्ड प्रक्रिया में,शुद्ध $Al_2O_3$ को $Na_3AlF_6$ (क्रायोलाइट) और $CaF_2$ (फ्लोर्सपार) के साथ मिलाया जाता है।
इस मिश्रण का उपयोग विद्युत अपघट्य के रूप में किया जाता है क्योंकि यह मिश्रण के गलनांक को कम करता है और इसकी विद्युत चालकता को बढ़ाता है।
अतः,सही विकल्प $C$ है।

(B) $Pb$ (लेड) का उसके अयस्क गैलेना $(PbS)$ से निष्कर्षण मुख्य रूप से स्वतः-अपचयन (जिसे एयर रिडक्शन भी कहा जाता है) द्वारा किया जाता है।
इस प्रक्रिया में,$PbS$ का आंशिक भर्जन करके $PbO$ प्राप्त किया जाता है,जो शेष $PbS$ के साथ अभिक्रिया करके $Pb$ धातु देता है: $2PbS + 3O_2 \rightarrow 2PbO + 2SO_2$ और $PbS + 2PbO \rightarrow 3Pb + SO_2$।
$Sn$ (टिन) का उसके अयस्क कैसिटेराइट $(SnO_2)$ से निष्कर्षण कार्बन अपचयन द्वारा किया जाता है,जिसमें $SnO_2$ को भट्टी में कोक (कार्बन) के साथ गर्म किया जाता है: $SnO_2 + 2C \rightarrow Sn + 2CO$।

(A) धातु कर्म में,फ्लक्स एक ऐसा पदार्थ है जिसे अयस्क से गैंग (अशुद्धियों) को हटाने के लिए मिलाया जाता है।
यह अगलनीय अशुद्धियों (गैंग) के साथ प्रतिक्रिया करके एक गलनीय पदार्थ बनाता है जिसे स्लैग (धातुमल) कहा जाता है।
इस प्रकार,यह प्रक्रिया अगलनीय अशुद्धियों को गलनीय अशुद्धियों में बदल देती है,जिन्हें पिघली हुई धातु से आसानी से अलग किया जा सकता है।

(B) वात्या भट्टी में,आयरन ऑक्साइड ($Fe_2O_3$ और $Fe_3O_4$) का अपचयन मुख्य रूप से कम तापमान $(500-800 \ K)$ पर $CO$ गैस द्वारा किया जाता है।
अभिक्रिया: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$ है।
उच्च तापमान $(> 1073 \ K)$ पर,कार्बन $(C)$ भी एक अपचायक के रूप में कार्य करता है,लेकिन भट्टी के ऊपरी ठंडे भागों में $CO$ प्राथमिक अपचायक है।

(B) $Fe$ (आयरन) और $Cu$ (कॉपर) जैसी धातुओं के निष्कर्षण के दौरान,अशुद्धियों को दूर करने के लिए फ्लक्स मिलाया जाता है।
फ्लक्स अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया करके स्लैग नामक एक गलनीय पदार्थ बनाता है।
स्लैग मुख्य रूप से एक सिलिकेट या फॉस्फेट यौगिक है।
स्लैग के गुण:
$1$. यह पिघली हुई धातु से हल्का होता है,इसलिए यह पिघली हुई धातु की सतह पर तैरता है और इसे ऑक्सीकरण से बचाता है।
$2$. इसका गलनांक धातु से कम होता है,जिससे यह आसानी से हटाने के लिए तरल अवस्था में रहता है।

(C) एल्युमिनो-थर्माइट प्रक्रिया में अपचायक (reducing agent) के रूप में एल्युमिनियम पाउडर का उपयोग करके धातु ऑक्साइड (जैसे $Cr_2O_3$ या $Fe_2O_3$) का अपचयन किया जाता है।
यह प्रक्रिया अत्यधिक ऊष्माक्षेपी (exothermic) होती है और इसका उपयोग आमतौर पर $Cr$ और $Mn$ जैसी धातुओं को उनके ऑक्साइड से निकालने के लिए किया जाता है।
अतः,दिए गए विकल्पों में से,$Cr$ इस विधि द्वारा निष्कर्षित की जाने वाली सही धातु है।

(B) क्रायोलाइट $Na_3AlF_6$ है।
हॉल-हेरॉल्ट प्रक्रिया में,शुद्ध एल्युमिना $(Al_2O_3)$ का गलनांक बहुत अधिक $(2323 \ K)$ होता है।
क्रायोलाइट $(Na_3AlF_6)$ मिलाने से मिश्रण का गलनांक घटकर लगभग $1240 \ K$ हो जाता है और यह पिघले हुए मिश्रण की विद्युत चालकता को भी बढ़ाता है,जिससे विद्युत अपघटन की प्रक्रिया अधिक कुशल हो जाती है।

(C) कॉपर के धातु-कर्म में,सल्फाइड अयस्क को पहले भर्जन (roasting) द्वारा $Cu_2O$ और $Cu_2S$ में परिवर्तित किया जाता है।
कुछ $Cu_2O$,$Cu_2S$ के साथ अभिक्रिया करके स्व-अपचयन (self-reduction) प्रक्रिया द्वारा कॉपर धातु उत्पन्न करता है।
रासायनिक अभिक्रिया इस प्रकार है: $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$.

(A) स्व-अपचयन विधि का उपयोग उन धातुओं के निष्कर्षण के लिए किया जाता है जिनकी ऑक्सीजन के प्रति बंधुता कम होती है,जैसे $Cu$,$Hg$ और $Pb$।
कॉपर के लिए अभिक्रिया: $2Cu_2S + 3O_2 \rightarrow 2Cu_2O + 2SO_2$ और उसके बाद $2Cu_2O + Cu_2S \rightarrow 6Cu + SO_2$ होती है।
पारा (मर्करी) के लिए अभिक्रिया: $2HgS + 3O_2 \rightarrow 2HgO + 2SO_2$ और उसके बाद $2HgO + HgS \rightarrow 3Hg + SO_2$ होती है।
अतः,$Cu$ और $Hg$ का निष्कर्षण इस विधि द्वारा किया जाता है।

(B) धातु कर्म में,अयस्क से अशुद्धियों (गैंग) को हटाने के लिए फ्लक्स मिलाया जाता है।
यदि अशुद्धि अम्लीय है (जैसे $SiO_2$),तो क्षारीय फ्लक्स का उपयोग किया जाता है।
यदि अशुद्धि क्षारीय है (जैसे $FeO$),तो अम्लीय फ्लक्स का उपयोग किया जाता है।
चूना पत्थर $(CaCO_3)$ एक क्षारीय फ्लक्स के रूप में कार्य करता है क्योंकि यह विघटित होकर कैल्शियम ऑक्साइड $(CaO)$ बनाता है,जो अम्लीय सिलिका $(SiO_2)$ के साथ प्रतिक्रिया करके धातुमल $(CaSiO_3)$ बनाता है:
$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (धातुमल)।
इसलिए,अम्लीय अशुद्धियों को दूर करने के लिए चूना पत्थर का उपयोग किया जाता है।

(C) $Electric \ furnace$ (विद्युत भट्टी) ऊष्मा उत्पन्न करने के लिए विद्युत ऊर्जा का उपयोग करती है,जो इसे वात्या भट्टी,परावर्तनी भट्टी या मफल भट्टी जैसी ईंधन-आधारित भट्टियों की तुलना में काफी उच्च तापमान ($3000 \ ^\circ C$ से अधिक) तक पहुँचने की अनुमति देती है। अतः,सही विकल्प $C$ 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 इसे ब्लास्ट फर्नेस में गलाया जाता है।
भट्टी में,अशुद्धि के रूप में आयरन ऑक्साइड $(FeO)$ बनता है।
इस अशुद्धि को दूर करने के लिए फ्लक्स के रूप में सिलिका $(SiO_2)$ मिलाया जाता है।
$FeO + SiO_2 \rightarrow FeSiO_3$ (स्लैग)।
अतः,प्राप्त स्लैग आयरन सिलिकेट $(FeSiO_3)$ होता है।

(C) वात्या भट्टी (blast furnace) में लोहे के निष्कर्षण के दौरान,फ्लक्स के रूप में चूना पत्थर $(CaCO_3)$ मिलाया जाता है।
यह विघटित होकर कैल्शियम ऑक्साइड $(CaO)$ बनाता है।
$CaO$ अयस्क में मौजूद अशुद्धि सिलिका $(SiO_2)$ के साथ प्रतिक्रिया करके कैल्शियम सिलिकेट $(CaSiO_3)$ बनाता है,जो स्लैग है।
$CaO + SiO_2 \rightarrow CaSiO_3$ (स्लैग)।

(C) $Ca$,$Mg$ और $Al$ जैसी अत्यधिक सक्रिय धातुओं को उनके पिघले हुए लवणों के विद्युत अपघटन द्वारा निकाला जाता है क्योंकि उन्हें कार्बन या अन्य सामान्य अपचायक (reducing agents) द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।
$Cr$ (क्रोमियम) को आमतौर पर इसके ऑक्साइड $(Cr_2O_3)$ का एल्यूमीनियम द्वारा अपचयन (एल्युमिनो-थर्मिक प्रक्रिया) करके या अन्य रासायनिक अपचयन विधियों द्वारा प्राप्त किया जाता है,न कि विद्युत अपघटन द्वारा।

(D) धातु कर्म की प्रक्रिया में,अशुद्धियों (गैंग) को हटाने के लिए अयस्क में $Flux$ (फ्लक्स) नामक पदार्थ मिलाया जाता है।
$Flux$ गैंग के साथ अभिक्रिया करके $Slag$ (धातुमल) नामक गलित उत्पाद बनाता है।
अतः,मिलाया जाने वाला पदार्थ $Flux$ है।

(C) सिल्वर के निष्कर्षण के लिए जल-धातुकर्म (hydrometallurgical) प्रक्रिया में,$NaCN$ के घोल के साथ सिल्वर अयस्क के निक्षालन (leaching) द्वारा $Na[Ag(CN)_2]$ बनता है।
इस संकुल से सिल्वर को पुनः प्राप्त करने के लिए,जिंक $(Zn)$ जैसी अधिक विद्युत-धनात्मक धातु मिलाई जाती है।
विस्थापन अभिक्रिया इस प्रकार है: $2Na[Ag(CN)_2] + Zn \rightarrow Na_2[Zn(CN)_4] + 2Ag$।
चूंकि $Zn$,$Ag$ से अधिक सक्रिय है,इसलिए यह संकुल से सिल्वर को विस्थापित कर देता है।

(A) सोने के निष्कर्षण में अयस्क का हवा $(O_2)$ की उपस्थिति में $NaCN$ या $KCN$ के तनु विलयन के साथ निक्षालन किया जाता है।
रासायनिक अभिक्रिया:
$4Au(s) + 8CN^-(aq) + 2H_2O(aq) + O_2(g) \to 4[Au(CN)_2]^-(aq) + 4OH^-(aq)$
यहाँ,$X = [Au(CN)_2]^-$.
इसके बाद जिंक $(Zn)$ का उपयोग करके विस्थापन द्वारा इस संकुल से सोना प्राप्त किया जाता है:
$2[Au(CN)_2]^-(aq) + Zn(s) \to [Zn(CN)_4]^{2-}(aq) + 2Au(s)$
यहाँ,$Y = [Zn(CN)_4]^{2-}$.
अतः,$X = [Au(CN)_2]^-$ और $Y = [Zn(CN)_4]^{2-}$।

(D) तांबे के धातु-कर्म में,सांद्रित अयस्क को रिवरबरेटरी भट्टी में भुना जाता है।
भूनने के बाद,अयस्क को सिलिका $(SiO_2)$ और कोक के साथ प्रगलन (smelting) किया जाता है।
इस प्रक्रिया के दौरान,आयरन ऑक्साइड $(FeO)$ सिलिका के साथ प्रतिक्रिया करके आयरन सिलिकेट धातुमल $(FeSiO_3)$ बनाता है।
शेष कॉपर सल्फाइड $(Cu_2S)$ और कुछ अप्रयुक्त आयरन सल्फाइड $(FeS)$ एक पिघला हुआ मिश्रण बनाते हैं जिसे मैट कहा जाता है।
अतः,मैट $Cu_2S + FeS$ का मिश्रण है।

(C) वात्या भट्टी में,दहन क्षेत्र (जिसे ट्यूयर क्षेत्र भी कहा जाता है) सबसे निचले भाग में स्थित होता है जहाँ गर्म हवा भट्टी में प्रवाहित की जाती है।
इस क्षेत्र का तापमान सबसे अधिक होता है,जो लगभग $2000 \ K$ से $2200 \ K$ तक पहुँच जाता है,क्योंकि यहाँ कोक का ऑक्सीजन के साथ ऊष्माक्षेपी दहन होता है: $C + O_2 \rightarrow CO_2 + \text{Heat}$.

(B) $\Delta G$ (गिब्स मुक्त ऊर्जा परिवर्तन) बनाम $T$ (तापमान) के आलेखों को एलिंगम आरेख (Ellingham diagrams) के रूप में जाना जाता है। इन आरेखों का उपयोग सबसे पहले हेरोल्ड एलिंगम द्वारा विभिन्न अपचायकों (reducing agents) द्वारा धातु ऑक्साइड के अपचयन की व्यवहार्यता का मूल्यांकन करने के लिए किया गया था।

(A) पिग आयरन से कास्ट आयरन (या पिटवां लोहा) प्राप्त करने की प्रक्रिया में $C$,$Si$,$Mn$,$S$ और $P$ जैसी अशुद्धियों को ऑक्सीकरण द्वारा हटाया जाता है।
परावर्तनी भट्टी में,भट्टी की सतह पर $Fe_2O_3$ की परत लगाई जाती है।
यह $Fe_2O_3$ पिग आयरन में मौजूद कार्बन को कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ में ऑक्सीकृत करता है:
$Fe_2O_3 + 3C \rightarrow 2Fe + 3CO$.

(B) बेसेमर कन्वर्टर में,पिघले हुए मैट $(Cu_2S + FeS)$ पर हवा का झोंका प्रवाहित किया जाता है।
सबसे पहले,शेष $FeS$ का ऑक्सीकरण $FeO$ में होता है,जो बाद में सिलिका $(SiO_2)$ के साथ अभिक्रिया करके धातुमल (slag) बनाता है।
आयरन को हटाने के बाद,शेष $Cu_2S$ हवा की उपस्थिति में स्वतः-अपचयन (autoreduction) से गुजरता है:
$2Cu_2S + 3O_2 \to 2Cu_2O + 2SO_2$
$2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$
कन्वर्टर में अभिक्रिया $C$ और $B$ दोनों होती हैं,लेकिन स्वतः-अपचयन द्वारा धात्विक कॉपर प्राप्त करने की मुख्य अभिक्रिया $2Cu_2O + Cu_2S \to 6Cu + SO_2$ है।

(B) $(1)$ कथन सत्य है: पिग आयरन ब्लास्ट फर्नेस में लगभग $1270 \ K$ तापमान पर प्राप्त होता है।
$(2)$ कथन सत्य है: पिग आयरन में लगभग $4 \%$ कार्बन और अन्य अशुद्धियाँ होती हैं।
$(3)$ कथन असत्य है: पिग आयरन भंगुर होता है,लेकिन इसे विभिन्न आकारों में ढाला जा सकता है।
$(4)$ कथन सत्य है: इसमें $P, S, Si, Mn$ जैसी अशुद्धियाँ कम मात्रा में होती हैं।
अतः,सही क्रम $T, T, F, T$ है।

(B) स्मेल्टिंग उच्च तापमान पर कार्बन के साथ धातु ऑक्साइड के अपचयन (reduction) की एक प्रक्रिया है।
दिए गए विकल्पों में,अभिक्रिया $Fe_2O_3 + 3C \to 2Fe + 3CO$ कार्बन द्वारा आयरन ऑक्साइड के अपचयन को दर्शाती है,जो ब्लास्ट फर्नेस में स्मेल्टिंग प्रक्रिया की विशिष्ट अभिक्रिया है।
विकल्प $A$ निस्तापन/निर्जलीकरण को दर्शाता है।
विकल्प $C$ निस्तापन को दर्शाता है।
विकल्प $D$ भर्जन (roasting) को दर्शाता है।

(D) अत्यधिक विद्युतधनात्मक धातुएं (जैसे $Na, K, Mg, Ca, Al$) ऑक्सीजन के प्रति बहुत अधिक आकर्षण रखती हैं और इन्हें कार्बन या कार्बन मोनोऑक्साइड जैसे सामान्य अपचायकों द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।
इसलिए,इन धातुओं को उनके गलित आयनिक लवणों (पिघले हुए क्लोराइड या ऑक्साइड) के विद्युत अपघटन द्वारा निष्कर्षित किया जाता है,जहाँ धातु कैथोड पर जमा होती है।

(D) बेसेमरीकरण तांबे $(Cu)$ के धातु कर्म में उपयोग की जाने वाली एक प्रक्रिया है।
इस प्रक्रिया में,पिघले हुए मैट $(Cu_2S + FeS)$ को बेसेमर कन्वर्टर में लिया जाता है।
पिघले हुए मैट के माध्यम से हवा प्रवाहित की जाती है ताकि $FeS$ का ऑक्सीकरण होकर $FeO$ बन सके,जो बाद में सिलिका $(SiO_2)$ के साथ प्रतिक्रिया करके धातुमल $(FeSiO_3)$ बनाता है।
अंत में,शेष $Cu_2S$ का अपचयन होकर धात्विक तांबा प्राप्त होता है,जिसे ब्लिस्टर कॉपर कहा जाता है।

(D) जिंक के निष्कर्षण में,जिंक ऑक्साइड $(ZnO)$ का उच्च तापमान $(1673 \ K)$ पर कोक $(C)$ द्वारा अपचयन किया जाता है:
$ZnO + C \rightarrow Zn + CO$
यहाँ,उत्पन्न कार्बन मोनोऑक्साइड $(CO)$ गैस बाहर निकलती है और भट्टी के मुख पर विशिष्ट नीली ज्वाला के साथ जलती है।

(D) कॉपर पाइराइट्स $(CuFeS_2)$ से कॉपर का निष्कर्षण ब्लास्ट फर्नेस में भर्जन द्वारा किया जाता है। $CuFeS_2$ को $Cu_2S$ और $FeO$ में परिवर्तित किया जाता है। इसके बाद $FeO$ को सिलिका $(SiO_2)$ मिलाकर $FeSiO_3$ के रूप में धातुमल (slag) के रूप में हटा दिया जाता है। इस प्रक्रिया का सिद्धांत यह है कि उच्च तापमान पर आयरन की ऑक्सीजन के प्रति सल्फर से अधिक आकर्षण होता है,जिससे यह चयनात्मक रूप से ऑक्सीकृत होकर धातुमल के रूप में अलग हो जाता है,जबकि कॉपर सल्फाइड के रूप में बना रहता है।