उत्तर

(a) लवण के विद्युत अपघटन द्वारा क्लोरीन के निष्कर्षण में निम्नलिखित अभिक्रिया होती है

$$ 2 H_2 O(l)+2 Cl^{-}(aq) \rightarrow H_2(g)+Cl_2(g)+2 OH^{-}(aq) $$

उपरोक्त अभिक्रिया से यह बहुत स्पष्ट है कि $Cl^{-}$ आयन के ऑक्सीकरण के लिए क्लोरीन गैस बनती है। इसलिए, विकल्प (a) सही उत्तर है।

इस अभिक्रिया के लिए $\Delta^{\circ} G$ का मान $+422 kJ$ है। इसलिए, रासायनिक ऊर्जा के दृष्टिकोण से अभिक्रिया संभव नहीं है। हम जानते हैं कि

$$ \Delta^{\circ} G=-n F E^{\circ} $$

इस समीकरण का उपयोग करके $E^{\circ}$ के मान की गणना की जा सकती है। इसलिए,

$$ E^{\circ}=-\frac{\Delta G^{\circ}}{n F}=-2.2 V $$

इस अभिक्रिया के घटने के लिए बाहरी विभव (emf) $2.2 V$ से अधिक होना आवश्यक है। इस कारण (c) सही विकल्प नहीं है।

• (b) $Cl^{-}$ आयन के अपचयन के लिए क्लोरीन गैस बनती है इसके बजाय, $Cl^{-}$ आयन के ऑक्सीकरण के लिए क्लोरीन गैस बनती है, जैसा कि अभिक्रिया में दिखाया गया है: $$ 2 H_2 O(l)+2 Cl^{-}(aq) \rightarrow H_2(g)+Cl_2(g)+2 OH^{-}(aq) $$

• (c) संयोजन अभिक्रिया $\Delta G^{\circ}$ का मान धनात्मक होता है ($+422 kJ$), जिससे बाहरी विभव के बिना अभिक्रिया रासायनिक ऊर्जा के दृष्टिकोण से संभव नहीं है। इसलिए, $\Delta G^{\circ}$ का मान नकारात्मक नहीं होता है।

• (d) लवण के विद्युत अपघटन में विस्थापन अभिक्रिया नहीं होती है। प्रक्रिया में $Cl^{-}$ आयन के ऑक्सीकरण के लिए क्लोरीन गैस बनती है और पानी के अपचयन के लिए हाइड्रोजन गैस बनती है, जो विस्थापन अभिक्रिया नहीं है।

उत्तर

(c) जब कॉपर अयस्क को रेवर्बरेटरी उपकरण में सिलिका के साथ मिलाया जाता है, तो कॉपर मैट बनता है। कॉपर मैट में कॉपर (I) सल्फाइड ($Cu_2S$) और लोहा (II) सल्फाइड ($FeS$) होते हैं।

कॉपर मैट $\rightarrow Cu_2 S$ और $FeS$

• (a) कॉपर (II) और लोहा (II) के सल्फाइड: यह विकल्प गलत है क्योंकि कॉपर मैट में कॉपर कॉपर (I) सल्फाइड ($Cu_2S$) के रूप में होता है और न कि कॉपर (II) सल्फाइड ($CuS$) के रूप में। लोहा के रूप में लोहा (II) सल्फाइड ($FeS$) की सही पहचान की गई है।

• (b) कॉपर (II) और लोहा (III) के सल्फाइड: यह विकल्प गलत है क्योंकि कॉपर मैट में कॉपर कॉपर (I) सल्फाइड ($Cu_2S$) के रूप में होता है और न कि कॉपर (II) सल्फाइड ($CuS$) के रूप में। अतिरिक्त रूप से, लोहा लोहा (II) सल्फाइड ($FeS$) के रूप में होता है और न कि लोहा (III) सल्फाइड ($Fe_2S_3$) के रूप में।

• (d) कॉपर (I) और लोहा (III) के सल्फाइड: यह विकल्प गलत है क्योंकि जबकि कॉपर कॉपर (I) सल्फाइड ($Cu_2S$) के रूप में सही रूप से पहचाना गया है, लोहा कॉपर मैट में लोहा (II) सल्फाइड ($FeS$) के रूप में होता है, न कि लोहा (III) सल्फाइड ($Fe_2S_3$) के रूप में।

उत्तर

(d) $Cu_2 O+\frac{1}{2} Cu_2 S \longrightarrow 3 Cu+\frac{1}{2} SO_2$

इस अभिक्रिया में कॉपर (I) ऑक्साइड के द्वारा कॉपर (I) सल्फाइड के अपचयन के रूप में कॉपर के अपचयन की गई है। इस प्रक्रिया में कॉपर अपने आप के द्वारा अपचयित होता है, इसलिए इस प्रक्रिया को स्व-अपचयन कहा जाता है और इससे प्राप्त कॉपर को ब्लिस्टर कॉपर कहा जाता है।

• (a) $Fe_3 O_4+4 CO \longrightarrow 3 Fe+4 CO_2$: यह अभिक्रिया लोहा ऑक्साइड के द्वारा कार्बन मोनोऑक्साइड के अपचयन की एक उदाहरण है, न कि अपने आप के द्वारा। इसलिए, यह स्व-अपचयन का एक उदाहरण नहीं है।

• (ब) $Cu_2 O+C \longrightarrow 2 Cu+CO$: यह अभिक्रिया कॉपर (I) ऑक्साइड के कार्बन द्वारा अपचयन की निश्चित रूप से नहीं, बल्कि अपने आप द्वारा होती है। इसलिए, यह एक स्व-अपचयन का उदाहरण नहीं है।

• (स) $Cu^{2+}(aq)+Fe(s) \longrightarrow Cu(s)+Fe^{2+}(aq)$: यह अभिक्रिया लोहा द्वारा कॉपर आयनों के अपचयन की होती है, न कि अपने आप द्वारा। इसलिए, यह एक स्व-अपचयन का उदाहरण नहीं है।

उत्तर

(a) पृथ्वी के क्रस्ट में उपलब्ध कई तत्वों में से सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व एल्यूमीनियम और लोहा हैं। एल्यूमीनियम पृथ्वी के क्रस्ट में तीसरे सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्व है। अर्थात, $8.3 $% भार द्वारा जबकि लोहा पृथ्वी के क्रस्ट में $4.2 $% भार द्वारा उपलब्ध है। कॉपर और चांदी पृथ्वी के क्रस्ट में भी उपलब्ध हैं लेकिन उनके अधिकतम प्रतिशत भार कम है।

• विकल्प (ब) गलत है क्योंकि कॉपर (Cu) पृथ्वी के क्रस्ट में सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्वों में शामिल नहीं है। जबकि एल्यूमीनियम (Al) अस्तित्व में अधिक मात्रा में है, कॉपर के अधिकतम प्रतिशत भार लोहा (Fe) के तुलना में कम है।

• विकल्प (स) गलत है क्योंकि कॉपर (Cu) पृथ्वी के क्रस्ट में सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्वों में शामिल नहीं है। लोहा (Fe) अधिक मात्रा में है, लेकिन कॉपर के अधिकतम प्रतिशत भार एल्यूमीनियम (Al) के तुलना में कम है।

• विकल्प (द) गलत है क्योंकि कॉपर (Cu) और चांदी (Ag) दोनों पृथ्वी के क्रस्ट में सबसे अधिक मात्रा में उपलब्ध तत्वों में शामिल नहीं हैं। दोनों तत्वों के अधिकतम प्रतिशत भार एल्यूमीनियम (Al) और लोहा (Fe) के तुलना में कम हैं।

उत्तर

(b) जोन शोधन विधि के सिद्धांत यह है कि अशुद्धियाँ धातु के ठोस अवस्था में कम विलेय होती हैं जबकि द्रव अवस्था में अधिक विलेय होती हैं। एक वृत्ताकार गतिशील तापक अशुद्ध धातु के छड़ के एक सिरे पर लगाया जाता है। द्रव जोन तापक के साथ गति करता है जो आगे की ओर बढ़ाया जाता है।

जब तापक आगे की ओर बढ़ता है, तो शुद्ध धातु विलयन से क्रिस्टलीकृत हो जाती है और अशुद्धियाँ आसंलग्न द्रव जोन में जाती हैं। प्रक्रिया कई बार दोहराई जाती है और तापक एक ही दिशा में बढ़ाया जाता है।

एक सिरे पर अशुद्धियाँ एकत्रित हो जाती हैं। इस सिरे को काट दिया जाता है। उदाहरण के लिए, जर्मेनियम, सिलिकॉन, गैलियम आदि इस विधि से शुद्ध किए जाते हैं।

• (a) कम उबलने बिंदु वाले धातुओं की अशुद्धियाँ भाप शोधन द्वारा अलग की जा सकती हैं: यह विकल्प गलत है क्योंकि भाप शोधन एक प्रक्रिया है जिसमें घटकों को उनके उबलने बिंदुओं में अंतर के आधार पर अलग किया जाता है, न कि अशुद्धियों के द्रव और ठोस अवस्था में विलेयता के आधार पर।

• (c) मिश्रण के विभिन्न घटक एक अवशोषक पर विभिन्न रूप से अवशोषित होते हैं: यह विकल्प गलत है क्योंकि अवशोषण एक सतही घटना है जहां विभिन्न घटक अवशोषक पदार्थ के सतह पर चिपक जाते हैं, जो अशुद्धियों के द्रव और ठोस अवस्था में विलेयता के आधार पर नहीं होता है।

• (d) विलक्षण योग्य यौगिक के वाष्प शुद्ध धातु में अपघटित हो सकते हैं: यह विकल्प गलत है क्योंकि यह एक प्रक्रिया का वर्णन करता है जिसमें विलक्षण योग्य यौगिकों के अपघटन के बारे में बताया गया है, जो अशुद्धियों के द्रव और ठोस अवस्था में विलेयता के आधार पर नहीं होता है।

उत्तर

(c) ताम्र के अपने सल्फाइड खनिज से निष्कर्षण में, धातु के निर्माण के लिए $Cu_2 O$ के साथ $Cu_2 S$ के अपचयन होता है। यह प्रक्रिया आत्म-अपचयन की प्रक्रिया के साथ पूर्ण होती है।

इस प्रक्रिया में होने वाला रासायनिक अभिक्रिया निम्नलिखित है

$$ Cu_2 O+\frac{1}{2} Cu_2 S \longrightarrow 3 Cu+\frac{1}{2} SO_2 $$

$$

इस प्रक्रिया में, कॉपर के रूप में ब्लिस्टर कॉपर प्रकट होता है।

• (a) FeS: लोहा सल्फाइड (FeS) के उपयोग के बिना $Cu_2 O$ के $Cu$ में रूपांतरण के लिए नहीं उपयोग किया जाता है। FeS, कॉपर निष्कर्षण के लिए विशिष्ट स्व-रूपांतरण प्रक्रिया में भाग नहीं ले लेता है।

• (b) $CO$: कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) विभिन्न धातु विज्ञान प्रक्रियाओं में एक अपचायक एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है, लेकिन इसका उपयोग कॉपर के अपचायक अयस्क से कॉपर के निष्कर्षण में $Cu_2 O$ के रूपांतरण के लिए नहीं किया जाता है। विशिष्ट स्व-रूपांतरण प्रक्रिया में $Cu_2 S$ शामिल होता है।

• (d) $SO_2$: सल्फर डाइऑक्साइड (SO_2) रूपांतरण अभिक्रिया का एक उत्पाद है और एक अपचायक एजेंट नहीं है। यह $Cu_2 O$ को कॉपर में रूपांतरित नहीं करता है।

Answer

(a) नमकीन के विद्युत अपघटन के लिए अक्रिय इलेक्ट्रोड का उपयोग किया जाता है। एनोड पर होने वाली संभावित अभिक्रियाएं हैं

$$ \begin{matrix} Cl^{-}(aq) \longrightarrow \frac{1}{2} Cl_2(g)+e^{-} ; & E_Cell^{s}=1.36 V \\ 2 H_2 O(l) \longrightarrow O_2(g)+4 H^{+}+4 e^{-} ; & E_Cell^{s}=1.23 V \end{matrix} $$

एनोड पर $E^{\circ}$ के कम मान वाली अभिक्रिया प्राथमिकता दी जाती है और इसलिए पानी के ऑक्सीकरण को $Cl^{-}(a q)$ के ऑक्सीकरण की तुलना में प्राथमिकता दी जानी चाहिए। हालांकि, $Cl_2$ के बजाय $O_2$ के उत्पादन होता है। इस अप्रत्याशित परिणाम को बताने के लिए यह बात बताई जाती है कि पानी के $O_2$ में ऑक्सीकरण के लिए बिजली की आवश्यकता अधिक होती है (क्योंकि यह एक आंतरिक रूप से धीमी प्रक्रिया है) जबकि $Cl^{-}$ आयनों के $Cl_2$ में ऑक्सीकरण के लिए आवश्यक बिजली कम होती है।

• विकल्प (b): पानी के ऑक्सीकरण के लिए मानक इलेक्ट्रोड विभव ( $E_{\text{Cell}}^{s} = 1.23 , \text{V}$ ) ऑक्सीकरण के लिए $Cl^{-}$ आयनों के $Cl_2$ में ऑक्सीकरण के मानक इलेक्ट्रोड विभव ( $E_{\text{Cell}}^{s} = 1.36 , \text{V}$ ) की तुलना में कम होता है, लेकिन पानी के ऑक्सीकरण के लिए आंतरिक रूप से धीमी प्रक्रिया होती है और इसके लिए एक उच्च ओवरपोटेंशियल की आवश्यकता होती है। अतः व्यावहारिक रूप से $Cl^{-}$ आयनों के ऑक्सीकरण को प्राथमिकता दी जाती है।

• विकल्प (c): यह विकल्प सोडियम आयनों के सोडियम धातु में अपचयन का वर्णन करता है, जो कैथोड पर होता है, न कि एनोड पर। प्रश्न विशेष रूप से एनोड पर अभिक्रिया के बारे में पूछता है।

• विकल्प (d): यह विकल्प हाइड्रोजन आयनों के हाइड्रोजन गैस में अपचयन का वर्णन करता है, जो भी कैथोड पर होता है, न कि एनोड पर। प्रश्न विशेष रूप से एनो ड पर अभिक्रिया के बारे में पूछता है।

उत्तर

(b) एल्यूमीनियम के खनिज उत्पादन में, एल्यूमीनियम के विद्युत अपघटन के लिए एक स्टील बर्तन में विद्युत अपघटन किया जाता है, जिसमें कार्बन के आच्छादन के रूप में कैथोड कार्य करता है और ग्राफाइट एनोड के रूप में कार्य करता है। इस प्रक्रिया के दौरान ग्राफाइट एनोड को $CO$ और $CO_2$ में ऑक्सीकृत किया जाता है।

इस प्रक्रिया में होने वाली रासायनिक अभिक्रिया निम्नलिखित है

$$ 2 Al_2 O_3+3 C \longrightarrow 4 Al+3 CO_2 $$

इस प्रक्रिया को हैल-हेरॉउल्ट प्रक्रिया के रूप में जाना जाता है। विद्युत अपघटन अभिक्रियाएं निम्नलिखित हैं

कैथोड पर $Al^{3+}($ पिघला $)+3 e^{-} \longrightarrow Al(l)$

एनोड पर $C(s)+O^{2-}($ पिघला $) \longrightarrow CO(g)+2 e^{-}$

$C(s)+2 O^{2-}$ (पिघला) $\longrightarrow CO_2(g)+4 e^{-}$

• (a) $Al^{3+}$ को $Al(s)$ में ऑक्सीकृत किया जाता है: यह कथन गलत है क्योंकि विद्युत अपघटन प्रक्रिया में $Al^{3+}$ आयन अपचयित होते हैं, न कि ऑक्सीकृत। कैथोड पर अपचयन अभिक्रिया $Al^{3+} + 3e^{-} \rightarrow Al(s)$ होती है।

• (c) एनोड पर अभिक्रिया में ऑक्सीजन के ऑक्सीकरण अवस्था में परिवर्तन होता है: यह कथन गलत है क्योंकि एनोड पर अभिक्रिया में ऑक्सीजन के ऑक्सीकरण अवस्था में परिवर्तन नहीं होता। एनोड अभिक्रियाएं कार्बन के ऑक्सीकरण के रूप में कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) और कार्बन डाइऑक्साइड ($CO_2$) के निर्माण के लिए होती है, लेकिन उत्पादों में ऑक्सीजन के ऑक्सीकरण अवस्था -2 बनी रहती है।

• (d) प्रक्रिया में शामिल अभिक्रिया में ऑक्सीजन के ऑक्सीकरण अवस्था में परिवर्तन होता है:

यह कथन गलत है क्योंकि ऑक्सीकरण अवस्था में ऑक्सीजन के अपरिवर्तित रहता है। संपूर्ण अभिक्रिया $2 Al_2 O_3 + 3 C \rightarrow 4 Al + 3 CO_2$ है, जहाँ $Al_2 O_3$ और $CO_2$ में ऑक्सीजन की ऑक्सीकरण अवस्था -2 है।

Answer

(a) कॉपर और जिंक दो धातुएं हैं जो आमतौर पर विद्युत अपघटन द्वारा शुद्ध किए जाते हैं। इस प्रक्रिया में, अशुद्ध धातु को एनोड के रूप में और शुद्ध धातु को कैथोड के रूप में उपयोग किया जाता है। ब्लिस्टर कॉपर या अशुद्ध जिंक के अशुद्धियाँ एनोड मृदुल के रूप में जमा हो जाती हैं।

• (b) Ge और Si: जर्मेनियम (Ge) और सिलिकॉन (Si) आमतौर पर जोन रिफाइनिंग या रासायनिक वाष्प अपसारण जैसी विधियों का उपयोग करके शुद्ध किए जाते हैं, न कि विद्युत अपघटन द्वारा।

• (c) Zr और Ti: जिरकोनियम (Zr) और टिटैनियम (Ti) आमतौर पर क्रॉल प्रक्रिया या वैन अर्केल प्रक्रिया जैसी प्रक्रियाओं का उपयोग करके शुद्ध किए जाते हैं, न कि विद्युत अपघटन द्वारा।

• (d) Zn और Hg: जबकि जिंक (Zn) को विद्युत अपघटन द्वारा शुद्ध किया जा सकता है, पारा (Hg) को इस विधि का उपयोग करके आमतौर पर शुद्ध नहीं किया जाता है। पारा को आमतौर पर वाष्पीकरण द्वारा शुद्ध किया जाता है।

Answer

(a) सोने और चांदी के निष्कर्षण में धातु को $CN^{-}$ आयन के साथ लेहेंगा किया जाता है। धातु को जटिल आयन से कुछ अन्य धातु द्वारा धातु के विस्थापन द्वारा बहाल किया जाता है।

यह एक ऑक्सीकरण अभिक्रिया है।

$$ 4 Au(s)+8 CN^{-}(aq)+2 H_2 O(aq)+O_2(g) \longrightarrow 4[Au(CN)_2]^{-}(aq)+4 OH^{-}(aq) $$

$$ 4[Au(CN_2)] (aq)+Zn(s) \longrightarrow 2Au(s) + [Zn(CN)_4]^{2-} (aq) $$

यहाँ, $Zn$ एक अपचायक एजेंट के रूप में कार्य करता है।

दिशा (प्रश्न संख्या 11-13) चित्र के आधार पर प्रश्नों के उत्तर दें

• (b) धातु जटिल के चमकाना: चमकाना एक प्रक्रिया है जिसमें खनिज को ऑक्सीजन की उपस्थिति में गरम किया जाता है। यह विधि आमतौर पर सल्फाइड खनिजों को ऑक्साइड में परिवर्तित करने के लिए उपयोग की जाती है, जिसके बाद धातु को निकालने के लिए इसे घटाया जा सकता है। हालांकि, सोना और चांदी के निकालने के मामले में, धातु जीर्ण आयन रूप में सायनिड के साथ पहले से ही उपस्थित होती है, और इस जटिल से धातु को बरकरार रखने के लिए चमकाना उपयोग नहीं किया जा सकता है।

• (c) चमकाने के पहले चमकाना: चमकाना एक प्रक्रिया है जिसमें वायु की अनुपस्थिति में खनिज को गरम करके वाष्पशील अशुद्धियों को दूर किया जाता है, और चमकाना इसके बाद खनिज को ऑक्साइड में परिवर्तित करता है। यह विधि आमतौर पर कार्बोनेट और सल्फाइड खनिजों के लिए उपयोग की जाती है। कारण सोना और चांदी को सायनिड के साथ घोलकर एक जटिल आयन बनाया जाता है, इसलिए चमकाना और चमकाना इस सायनिड जटिल से धातु को बरकरार रखने के लिए असंबंधित कदम हैं।

• (d) धातु जटिल के तापीय विघटन: तापीय विघटन एक प्रक्रिया है जिसमें एक यौगिक को गरम करके विघटित किया जाता है। यह विधि सोना और चांदी के सायनिड जटिल से धातु को बरकरार रखने के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि जटिल आयन स्थायी होते हैं और गरमी के साथ आसानी से विघटित नहीं होते। बजाय इसके, एक अन्य धातु, जैसे जिंक के साथ विस्थापन अभिक्रिया का उपयोग करके सोना और चांदी को बरकरार रखा जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

इस समस्या के आधार पर एलिंगम आरेख की अवधारणा है जो अभिक्रिया के गिब्स आंतरिक ऊर्जा और तापमान के बीच संबंध बताता है। बिंदु के ऊपर जहां यौगिक के निर्माण के ऋणात्मक मान अधिक होते हैं, उस तापमान पर यौगिक बनता है। एक निश्चित तापमान पर गिब्स आंतरिक ऊर्जा के अधिक ऋणात्मक मान वाला यौगिक पहले बनता है।

उत्तर

(d) उपरोक्त आरेख में बिंदु $A$

$$ \Delta_{f} G_{(C, CO)}^{\circ}<\Delta_{f} G_{(Fe, FeO)}^{\circ} $$

इसलिए, बिंदु $A$ के ऊपर $C$ $FeO$ को $Fe$ में घटाता है और कार्बन मोनोऑक्साइड बनाता है। इसलिए, बिंदु $A$ के ऊपर ही कार्बन द्वारा $FeO$ के घटाने की क्रिया होती है।

• विकल्प (a) बिंदु A के नीचे तापमान पर: बिंदु A के नीचे, C से CO के निर्माण के लिए गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन, Fe से FeO के निर्माण के लिए गिब्स आवश्य के ऊर्जा परिवर्तन की तुलना में पर्याप्त नकारात्मक नहीं होता। इसलिए, इस तापमान पर कार्बन द्वारा FeO को Fe में घटाना संभव नहीं होता।

• विकल्प (b) बिंदु A के तापमान के लगभग: बिंदु A के तापमान पर, C से CO के निर्माण और Fe से FeO के निर्माण के लिए गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन लगभग समान होते हैं। इसका अर्थ है कि घटाने की क्रिया अनुकूल नहीं होती या संतुलन में होती है, इसलिए इस तापमान पर कार्बन द्वारा FeO को Fe में घटाना संभव नहीं होता।

• विकल्प (c) बिंदु A के तापमान के ऊपर लेकिन बिंदु D के तापमान के नीचे: यह विकल्प आंशिक रूप से सही है लेकिन अपर्याप्त विशिष्ट है। यह वास्तव में सच है कि बिंदु A के ऊपर कार्बन द्वारा FeO को Fe में घटाया जा सकता है, लेकिन महत्वपूर्ण जानकारी यह है कि घटाने की क्रिया बिंदु A के ठीक ऊपर शुरू होती है। बिंदु A और बिंदु D के बीच क्षेत्र बहुत बड़ा है और घटाने की क्रिया के आरंभ के बारे में ठीक तौर पर नहीं बताता है।

उत्तर

(a) बिंदु $A$ के नीचे $CO_2$ के निर्माण के लिए $CO$ के गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन ($\Delta G_{CO_2, CO_2}^{\circ}$) का मान $FeO$ के निर्माण के लिए $Fe$ के गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन ($\Delta G_{Fe, FeO}$) के मान से कम होता है (अधिक नकारात्मक होता है)। इसलिए, $FeO$ केवल बिंदु $A$ के नीचे $CO$ द्वारा घटाया जा सकता है।

• (b) बिंदु A के नीचे $FeO$ कार्बन मोनोऑक्साइड और कार्बन द्वारा घटाया नहीं जा सकता क्योंकि $CO_2$ के निर्माण के लिए $CO$ के गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन $FeO$ के निर्माण के लिए $Fe$ के गिब्स आवश्यक ऊर्जा परिवर्तन की तुलना में अधिक नकारात्मक होता है, जिसका अर्थ है कि इस संदर्भ में $CO$ कार्बन की तुलना में एक अधिक प्रभावी घटाने एजेंट होता है।

• (सी) ए बिंदु के नीचे फेO केवल कार्बन द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता क्योंकि CO से CO₂ के निर्माण के लिए गिब्स आवर ऊर्जा परिवर्तन CO₂ के निर्माण के लिए अधिक नकारात्मक होता है, जिसके कारण CO कार्बन के अपेक्षा अपचायक एजेंट के रूप में प्राथमिकता देता है।

• (डी) ए बिंदु के नीचे फेO कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा अपचयित किया जा सकता है, जैसा कि CO से CO₂ के निर्माण के लिए गिब्स आवर ऊर्जा परिवर्तन फेO के निर्माण के लिए अधिक नकारात्मक होता है। इसलिए, यह गलत है कहना कि फेO कार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड दोनों द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता।

Answer

(a) बिंदु D पर, CO से CO₂ के निर्माण और Fe से FeO के निर्माण के लिए ΔG वक्र एक दूसरे को प्रतिच्छेद करते हैं, इसलिए FeO के CO के साथ समग्र अपचयन शून्य होता है।

इसलिए, (a) सही विकल्प है।

• (b) 1 मोल कार्बन और 1 मोल ऑक्सीजन के मिश्रण के साथ समग्र अपचयन अभिक्रिया के लिए ΔG मान धनात्मक होता है।

  यह कथन गलत है क्योंकि 1 मोल कार्बन और 1 मोल ऑक्सीजन के मिश्रण कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂) बनाएगा, जो एक उच्च ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है। इसके परिणामस्वरूप एक नकारात्मक ΔG मान होता है, न कि धनात्मक।

• (c) 2 मोल कार्बन और 1 मोल ऑक्सीजन के मिश्रण के साथ समग्र अपचयन अभिक्रिया के लिए ΔG मान धनात्मक होता है।

  यह कथन गलत है क्योंकि 2 मोल कार्बन और 1 मोल ऑक्सीजन के मिश्रण कार्बन मोनोऑक्साइड (CO) बनाएगा, जो एक ऊष्माक्षेपी अभिक्रिया है। इसके परिणामस्वरूप एक नकारात्मक ΔG मान होता है, न कि धनात्मक।

• (d) $\Delta G$ के मान के लिए संपूर्ण अपचयन अभिक्रिया के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ नकारात्मक होता है।

  कथन गलत है क्योंकि बिंदु $D$ पर, संपूर्ण अपचयन अभिक्रिया के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड के $\Delta G$ मान शून्य होता है, नकारात्मक नहीं। यह उस बिंदु पर $CO$ से $CO_2$ के निर्माण के $\Delta G$ वक्र और $Fe$ से $FeO$ के निर्माण के $\Delta G$ वक्र के प्रतिच्छेदन के कारण होता है।

उत्तर

$(b, d)$

बिंदु $B$ और $E$ के नीचे, सभी तीन अभिक्रियाओं के द्वारा $FeO$ को $Fe$ में अपचयित किया जा सकता है। $\Delta G_{(C, CO_2)}^{\circ}, \Delta G_{(C, CO)}^{\circ}, \Delta G_{(CO_2, CO_2)}^{\circ}$ बिंदु $B$ और $E$ पर $\Delta f G_{(Fe, FeO)}^{\circ}$ वक्र के नीचे होते हैं। अतः, $FeO$ को तीनों अभिक्रियाओं द्वारा अपचयित किया जा सकता है।

इसलिए, विकल्प (b) और (d) सही चयन हैं।

• विकल्प (a) बिंदु A: बिंदु A पर, कार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड के अभिक्रियाओं के गिब्स आंतरिक ऊर्जा परिवर्तन $\Delta G_{(Fe, FeO)}^{\circ}$ के वक्र के नीचे नहीं होते हैं। अतः, इस बिंदु पर $FeO$ को तीनों अभिक्रियाओं द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।

• विकल्प (c) बिंदु D: बिंदु D पर, कार्बन और कार्बन मोनोऑक्साइड के अभिक्रियाओं के गिब्स आंतरिक ऊर्जा परिवर्तन $\Delta G_{(Fe, FeO)}^{\circ}$ के वक्र के नीचे नहीं होते हैं। अतः, इस बिंदु पर $FeO$ को तीनों अभिक्रियाओं द्वारा अपचयित नहीं किया जा सकता है।

सोच-चूक

इस प्रक्रिया के आधार पर शुद्धिकरण तकनीकों और कास्ट आयरन के निर्माण के अवधारणा है।

उत्तर

$(a, d)$

सही कथन हैं

(a) कास्ट आयरन को गर्म हवा के ब्लास्ट के साथ स्कैर्प आयरन और कोक के साथ पिग आयरन के पुनः पिघलाने से प्राप्त किया जाता है।

(d) $Zr$ और $Ti$ को वैन अर्केल विधि द्वारा शुद्ध किया जाता है क्योंकि

$$ \underset{\text { अशुद्ध }}{Zr}+2 I_2 \longrightarrow \underset{\text { वाष्पशील }}{ZrI_4} \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} \underset{\text { शुद्ध }}{Zr+2 I_2} $$

(b) और (c) को सही रूप से कहा जा सकता है क्योंकि

(b) चांदी के निस्तारण में, चांदी को एनियोनिक कम्प्लेक्स $[Ag(CN)_2]^{-}$ के रूप में निस्तारित किया जाता है

(c) निकल को वाष्प चरण शुद्धिकरण विधि द्वारा शुद्ध किया जाता है।

$$ Ni+4 CO \rightarrow Ni(CO)_4 \xrightarrow{450-470 K} Ni+4 CO $$

• (b) चांदी के निस्तारण में, चांदी को एनियोनिक कम्प्लेक्स $[Ag(CN)_2]^{-}$ के रूप में निस्तारित किया जाता है: यह कथन गलत है क्योंकि चांदी को एक आयनिक कम्प्लेक्स के रूप में नहीं बल्कि एक एनियोनिक कम्प्लेक्स के रूप में, विशेष रूप से $[Ag(CN)_2]^{-}$ के रूप में निस्तारित किया जाता है।

• (c) निकल को जोन शुद्धिकरण द्वारा शुद्ध किया जाता है: यह कथन गलत है क्योंकि निकल को जोन शुद्धिकरण द्वारा नहीं बल्कि वाष्प चरण शुद्धिकरण विधि द्वारा शुद्ध किया जाता है, जहां निकल कार्बन मोनोऑक्साइड के साथ अभिक्रिया करके एक वाष्पशील संकर यौगिक, निकल टेट्राकार्बोनिल, के रूप में बनता है, जो गर्मी के अंतर्गत शुद्ध निकल के रूप में विघटित हो जाता है।

सोच-चूक

इस समस्या के आधार पर एल्यूमीनियम के निस्तारण के लिए हॉल-हेरोउल्ट प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है।

उत्तर

$(a, b)$

एल्यूमीनियम के खनन में $Al_2 O_3$ को $Na_3 AlF_6$ और $CaF_2$ के साथ मिश्रित किया जाता है जो निम्नलिखित प्रभाव डालता है।

(i) $Al_2 O_3$ के गलनांक को कम करे

(ii) गलित मिश्रण की चालकता को बढ़ाएं

• (c) $CaF_2$ अपने आप $Al^{3+}$ को $Al(s)$ में घटाने में नहीं आता है। $Al^{3+}$ को $Al(s)$ में घटाना विद्युत धारा के माध्यम से गलित मिश्रण में पारगमन करके किया जाता है, जिसे विद्युत अपघटन कहते हैं।
• (d) $CaF_2$ हैल-हेरॉउल्ट प्रक्रम में कैटलॉस्ट नहीं कार्य करता है। इसके मुख्य कार्य अल्यूमिनियम ऑक्साइड ($Al_2 O_3$) के गलनांक को कम करना और गलित मिश्रण की चालकता को बढ़ाना है।

सोचने की प्रक्रिया

इस समस्या के लिए फ्रॉथ फ्लोटेशन विधि में शामिल विधि और संग्रहक और दुर्बलक के कार्य के आधार पर आधारित है।

उत्तर

$(a, c)$

फ्रॉथ फ्लोटेशन प्रक्रम अधिक धातु खनिज से धातु को निकालने के लिए उपयोग किया जाता है। यह विधि संग्रहक और दुर्बलक के उपयोग के आधार पर आधारित है, जिनके कार्य निम्नलिखित हैं:

(i) संग्रहक खनिज कणों की अनुलग्नता को बढ़ाते हैं।

(ii) प्रक्रम में दुर्बलक का उपयोग करके दो अधिक धातु खनिजों को अलग किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सोडियम सायनाइड एक दुर्बलक के रूप में उपयोग किया जाता है ताकि लेड सल्फाइड खनिज को जिंक सल्फाइड खनिज से अलग किया जा सके।

• संग्रहक अशुद्धि कणों की अनुलग्नता को बढ़ाते नहीं हैं; वे खनिज कणों की अनुलग्नता को बढ़ाते हैं, जिसके कारण विकल्प (b) गलत है।
• फ्रॉथ स्थायित्वक अशुद्धि की अनुलग्नता को कम नहीं करते हैं; वे प्रक्रम के दौरान बने फ्रॉथ को स्थायी बनाने में सहायता करते हैं, जिसके कारण विकल्प (d) गलत है।

उत्तर

$(b, c)$

फ़ोथ फ़्लोटेशन विधि का उपयोग सल्फ़ाइड खनिज से धातु के निस्साफ़ी के लिए किया जाता है। ZnS और PbS को दबाने वाले एजेंट के उपयोग और तेल के जल के अनुपात के समायोजन के माध्यम से अलग किया जा सकता है। इस उद्देश्य के लिए उपयोग किये जाने वाले दबाने वाले एजेंट का नाम $NaCN$ है। यह चयनात्मक रूप से $ZnS$ को फ़ोथ में नहीं आने से रोकता है।

अतः, (b) और (c) सही विकल्प हैं।

• (a) संग्रहक के उपयोग के लिए: संग्रहक वे रासायनिक पदार्थ होते हैं जो खनिज के कणों के अपरिस्पर्शी गुण को बढ़ाते हैं, जिससे वे हवा के बुलबुलों के साथ जुड़ जाते हैं और फ़ोथ में ऊपर जाते हैं। हालांकि, संग्रहक विशेष रूप से जस्ता सल्फ़ाइड (ZnS) को तांबा सल्फ़ाइड (PbS) से अलग नहीं कर सकते हैं क्योंकि वे आमतौर पर दोनों प्रकार के सल्फ़ाइड खनिजों की फ़्लोटेशन क्षमता को बढ़ाते हैं।

• (d) फ़ोथ स्थायित्वक के उपयोग के लिए: फ़ोथ स्थायित्वक फ़्लोटेशन प्रक्रिया के दौरान बने फ़ोथ को स्थायी रखने के लिए उपयोग किए जाते हैं, जिससे खनिज के कण तल तक पहुँच सकें। वे ZnS को PbS से चयनात्मक रूप से अलग करने में कोई भूमिका नहीं निभाते हैं।

उत्तर

$(c, d)$

बॉक्साइट एल्यूमीनियम का खनिज होता है जिसमें $Fe_2 O_3$ और $SiO_2$ आम अशुद्धियाँ होती हैं।

• (a) $CuO$: कॉपर ऑक्साइड ($CuO$) बॉक्साइट में आम अशुद्धि नहीं होती। बॉक्साइट में मुख्य रूप से लोहा ऑक्साइड और सिलिकॉन के अशुद्धियाँ होती हैं, न कि कॉपर के यौगिक।

• (b) $ZnO$: जिंक ऑक्साइड ($ZnO$) बॉक्साइट में आम तौर पर नहीं पाया जाता। बॉक्साइट में आम अशुद्धियाँ लोहा ऑक्साइड और सिलिकॉन होती हैं, न कि जिंक के यौगिक।

उत्तर

$(b, c)$

हेमेटाइट $(Fe_2 O_3)$ और मैग्नेटाइट $(Fe_3 O_4)$ ऑक्साइड खनिज हैं जबकि गैलेना $(PbS)$ और तांबा पाइराइट्स $(CuFeS_2)$ सल्फ़ाइड खनिज हैं। हम जानते हैं कि सल्फ़ाइड खनिजों के निस्साफ़ी के लिए फ़ोथ फ़्लोटेशन विधि का उपयोग किया जाता है। अतः, (b) और (c) सही विकल्प हैं।

• हैमेटाइट $(Fe_2O_3)$ और मैग्नेटाइट $(Fe_3O_4)$ ऑक्साइड अयस्क हैं, और फ्रॉथ फ्लोटेशन ऑक्साइड अयस्क केंद्रित करने के लिए आमतौर पर उपयोग नहीं किया जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

इस प्रक्रिया को गलन के अवधारणा पर आधारित है।

उत्तर

$(a, c)$

गलन के दौरान अयस्क को उसके गलनांक से कम तापमान पर हवा की अनुपस्थिति या हवा की सीमित आपूर्ति में गरम किया जाता है। ऑक्सीजन वाले अयस्क जैसे ऑक्साइड, हाइड्रॉक्साइड और कार्बोनेट गलन के अंतर्गत आते हैं। इसलिए, गलन के दौरान निम्नलिखित अभिक्रियाएं होती हैं।

$$ \begin{aligned} & CaCO_3 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CaO+CO_2 \\ & Al_2 O_3 \cdot x H_2 O \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} Al_2 O_3+x H_2 O \end{aligned} $$

• विकल्प (b): अभिक्रिया $2 FeS_2+\frac{11}{2} O_2 \longrightarrow Fe_2 O_3+4 SO_2$ में आयरन सल्फाइड (FeS₂) के ऑक्सीकरण के साथ ऑक्सीजन की उपस्थिति में होती है, जो एक रोस्टिंग प्रक्रिया है, न कि गलन। गलन के दौरान हवा की अनुपस्थिति या हवा की सीमित आपूर्ति में होती है, जबकि रोस्टिंग के लिए हवा या ऑक्सीजन की बहुत अधिक मात्रा की आवश्यकता होती है।

• विकल्प (d): अभिक्रिया $ZnS+\frac{3}{2} O_2 \longrightarrow ZnO+SO_2$ में जिंक सल्फाइड (ZnS) के ऑक्सीकरण के साथ ऑक्सीजन की उपस्थिति में होती है, जो एक रोस्टिंग के उदाहरण है। विकल्प (b) के समान रूप से, इस प्रक्रिया में हवा या ऑक्सीजन की बहुत अधिक मात्रा की आवश्यकता होती है, जो गलन की विशेषता नहीं है।

उत्तर

$(a, b)$

मेटल्लुर्जिकल प्रक्रिया में, ऑक्साइड अयस्क कार्बन द्वारा घटाया जाता है। सल्फाइड अयस्क कार्बन द्वारा घटाया नहीं जा सकता है। यहाँ, हैमेटाइट $(Fe_2 O_3)$ और कलामाइन $(ZnO)$ क्रमशः आयरन और जिंक के ऑक्साइड अयस्क हैं जबकि आयरन पाइराइट्स $(FeS_2)$ और स्फेलराइट $(ZnS)$ क्रमशः आयरन और जिंक के सल्फाइड अयस्क हैं।

इसलिए, हेमेटाइट और कलमीन बर्न द्वारा घटा जा सकते हैं।

• लौह चूना (FeS₂) एक सल्फाइड अयस्क है और कार्बन द्वारा घटा नहीं जा सकता।
• स्फैलराइट (ZnS) एक सल्फाइड अयस्क है और कार्बन द्वारा घटा नहीं जा सकता।

उत्तर

$(a, d)$

हेमेटाइट अयस्क से लौह निकालने के दौरान निम्नलिखित अभिक्रियाएं होती हैं।

(i) $Fe_2 O_3+3 CO \longrightarrow 2 Fe+3 CO_2$

इस अभिक्रिया को $Fe_2 O_3$ के $Fe$ में घटाने को दर्शाती है।

(ii) $\underset{\text { लाग बनना }}{CaO}+{SiO_2} \longrightarrow \underset{लाग}{CaSiO_3}$

• विकल्प (b) $FeO + SiO_2 \longrightarrow FeSiO_3$ गलत है क्योंकि ब्लास्ट फर्नस में यह अभिक्रिया नहीं होती। बजाय इसके, $FeO$ कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) या कार्बन ($C$) द्वारा $Fe$ में घटा जाता है, और $SiO_2$ $CaO$ के साथ अभिक्रिया करके लाग ($CaSiO_3$) बनाता है।

• विकल्प (c) $Fe_2 O_3 + 3 C \longrightarrow 2 Fe + 3 CO$ गलत है क्योंकि, ब्लास्ट फर्नस में $Fe_2 O_3$ के लिए कार्बन मोनोऑक्साइड ($CO$) घटाने का प्रमुख अभिकरक होता है, न कि कार्बन ($C$)। कार्बन के संगत अभिक्रिया के लिए बहुत उच्च तापमान की आवश्यकता होती है और यह ब्लास्ट फर्नस प्रक्रिया में मुख्य मारग नहीं होता।

सोचने की प्रक्रिया

इस समस्या के आधार पर धातु के वाष्प चालन विधि का उपयोग शुद्धीकरण के लिए है।

उत्तर

( $a, b$ )

वाष्प चालन विधि में शामिल है

(i) धातु को $CO$ के धारा के साथ गरम करना

$Ni+4 CO \rightarrow Ni(CO)_4 {\xrightarrow{450-470 K}} Ni+4 CO$ (मॉंड की प्रक्रिया)

(ii) आयोडीन के साथ गर्म करना

$$ Zr+2 I_2 \xrightarrow{870 K} ZrI_4 \xrightarrow[\substack{\text { Tungsten } \\ \text { filament }}]{2075 K} Zr+2 I_2 \text { (van Arkel method) } $$

• शोधन: यह विधि धातु को पिघलाकर अशुद्धियों से अलग करने के लिए उपयोग की जाती है जो उच्च गलनांक वाली होती हैं। यह धातु को वाष्पशील यौगिक में परिवर्तित करने के बिना अलग करती है।

• पारगमन: यह विधि धातु को उसके क्वथनांक तक गर्म करके और उसके वाष्प को ठंडा करके शुद्ध धातु प्राप्त करने के लिए उपयोग की जाती है। यह धातु के वाष्पशील यौगिक के निर्माण के बिना अलग करती है।

Answer

$(a, c)$

सही कथन हैं

(i) एक दबावक विशेष प्रकार के कणों को फोथ में आने से रोकता है। उदाहरण के लिए, $NaCN$ एक दबावक के रूप में अलग करते समय $PbS$ और $ZnS$ के अलग करने में उपयोग किया जाता है।

(ii) विस्परेटरी उपकरण से प्राप्त ठोस कॉपर की ब्लिस्टर विशिष्टता अशुद्धि के दौरान $SO_2$ के उत्सर्जन के कारण होती है।

(b) और (d) गलत कथन हैं, और उन्हें सही रूप से कहा जा सकता है

(iii) कॉपर मैट $Cu_2 S$ और $FeS$ बर्तन में होते हैं।

(iv) जिंक को $ZnO$ के कार्बन के साथ अपचयन द्वारा निकाला जा सकता है।

• (b) कॉपर मैट $Cu_2S$ और $FeS$ बर्तन में होते हैं, नहीं $ZnS$।
• (d) जिंक को $ZnO$ के कार्बन के साथ अपचयन द्वारा निकाला जाता है, नहीं स्व-अपचयन द्वारा।

उत्तर

$(b, c)$

साल्ट विलयन के विद्युत अपघटन के माध्यम से क्लोरीन को निकाला जाता है। इस प्रक्रिया में होने वाली संतृप्त रासायनिक अभिक्रिया और $\Delta G^{\circ}$ का मान निम्नलिखित रूप में दिखाया जा सकता है:

$$ 2 H_2 O(l)+2 Cl^{-}(aq) \longrightarrow H_2(g)+Cl_2(g)+2 OH^{-}(aq) $$

दी गई अभिक्रिया के लिए $\Delta G^{\circ}$ का मान $422 kJ$ है।

$\Delta G^{\circ}=-n F E^{\circ}$ का उपयोग करते हुए, $E^{\circ}=E^{\circ}-2.2 V$ का मान है।

इसलिए, संतृप्त अभिक्रिया के लिए $\Delta G^{\circ}$ धनात्मक है और $E^{\circ}$ का मान नकारात्मक है।

• विकल्प (a) गलत है क्योंकि संतृप्त अभिक्रिया के लिए $\Delta G^{\circ}$ का मान धनात्मक है, नकारात्मक नहीं। धनात्मक $\Delta G^{\circ}$ इंगित करता है कि अभिक्रिया मानक स्थितियों में अस्पष्ट है।

• विकल्प (d) गलत है क्योंकि संतृप्त अभिक्रिया के लिए $E^{\circ}$ का मान नकारात्मक है, न धनात्मक। नकारात्मक $E^{\circ}$ इंगित करता है कि अभिक्रिया मानक स्थितियों में अस्पष्ट है।

उत्तर

$2 Cl^{-}(aq)+2 H_2 O(l) \longrightarrow 2 OH^{-}(aq)+H_2(g)+Cl_2(g)$

दी गई अभिक्रिया के लिए $\Delta G^{\circ}$ का मान $+422 kJ$ है।

$\Delta G^{\circ}=-n F E^{\circ}$ का उपयोग करते हुए, $E^{\circ}=-2.2 V$ का मान है।

इसलिए, साल्ट से क्लोरीन के निकालने के लिए बाहरी विद्युत वाहक बल (emf) के 2.2 V से अधिक आवश्यक होता है।

उत्तर

एलिंगम आरेख का उपयोग करते हुए, हम देखते हैं कि तापमान 1073 K से अधिक होने पर $\Delta G_{(C, CO)}<\Delta G_{(Fe, FeO)}$ होता है। हम जानते हैं कि एलिंगम आरेख के अनुसार, उस यौगिक के निर्माण के लिए निम्न $\Delta_{t} G^{s}$ वाला यौगिक अपना निर्माण करता है।

इसलिए, कोक $FeO$ को $Fe$ में घटा सकता है।

उत्तर

(a)

$\underset{\substack{\text { हैमेटाइट } \\ \text { लाइनिंग }}}{Fe_2 O_3}+\underset{\begin{matrix} \text { अशुद्धियाँ } \\ \text { (लौह इस्पात में उपस्थित)}\end{matrix} }{3 C} \longrightarrow \underset{\begin{matrix} \text { लौह } \\ \text { इस्पात }\end{matrix} }{2 Fe}+3 CO$

इस प्रतिक्रिया को हीटिंग फर्नेस में होती है जिसकी आंतरिक भित्ति हैमेटाइट से बनी होती है।

(b) हैमेटाइट $S$ को $SO_2$, $Si$ को $SiO_2$ और $P$ को $P_4 O_{10}$ में ऑक्सीकृत करती है। कभी-कभी चूना पत्थर के रूप में बुझा लाइमस्टोन जोड़ा जाता है। अशुद्धियाँ $S, Si$ और $P$ ऑक्सीकृत हो जाती हैं और लाग बन जाती हैं। धातु को हटाकर लाग से मुक्त कर दिया जाता है जिसके लिए रोलर के माध्यम से गुजारा जाता है।

उत्तर

कम गुणवत्ता वाले कॉपर अयस्क से कॉपर के निष्कर्षण के लिए हाइड्रोमेटल्लुर्जी विधि का उपयोग किया जाता है। इसके लिए अयस्क को बैक्टीरिया के माध्यम से विलेय किया जाता है। $Cu^{2+}$ के घोल को लोहे के छेत्र और $H_2$ के साथ उपचारित किया जाता है।

$$ Cu^{2+}(aq)+H_2(g) \longrightarrow Cu(s)+2 H^{+}(aq) $$

उत्तर

दो मूल आवश्यकताएँ हैं

(i) धातु उपलब्ध रासायनिक अभिकर्मक के साथ वाष्पशील यौगिक बनाने चाहिए।

(ii) वाष्पशील यौगिक आसानी से अपघटित हो सके ताकि इसे आसानी से पुनः प्राप्त किया जा सके।

(a) मोंड की विधि में $Ni$ को $Ni(CO)_4$ में परिवर्तित किया जाता है और फिर $Ni(CO)_4$ को $Ni$ में अपघटित किया जाता है।

$$ \begin{gathered} Ni+4 CO \longrightarrow Ni(CO)_4 \\ Ni(CO)_4 {\xrightarrow{450-470 K}} Ni+4 CO \end{gathered} $$

(b) वैन अर्केल विधि में $Zr$ को वाष्पशील $ZrI_4$ में परिवर्तित किया जाता है और फिर $ZrI_4$ को $Zr$ और $I_2$ में अपघटित किया जाता है।

$$ Zr+2 I_2 \stackrel{870 K}{\longrightarrow} ZrI_4 \xrightarrow{2075 K} Zr+2 I_2 $$

उत्तर

उच्च तापमान पर, कार्बन और हाइड्रोजन धातुओं के साथ अभिक्रिया करके कार्बाइड और हाइड्राइड क्रमशः बनाते हैं। इसलिए, कार्बन और हाइड्रोजन धातु ऑक्साइड को कम करने के लिए बेहतर अपचायक एजेंट नहीं होते हैं।

उत्तर

दो सल्फाइड अयस्कों को तेल और पानी के अनुपात के अनुसार समायोजन करके या डिप्रेसेंट के उपयोग द्वारा अलग किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, यदि एक अयस्क में $ZnS$ और $PbS$ दोनों होते हैं, तो फ्रॉथ फ्लोटेशन के दौरान एक डिप्रेसेंट $NaCN$ का उपयोग किया जाता है। यह $ZnS$ के साथ एक जटिल बनाता है और इसे फ्रॉथ में नहीं ले जाता है। $PbS$ फ्रॉथ में आ जाता है और इस प्रकार अलग किया जाता है।

उत्तर

(a) हेमेटाइट $(Fe_2 O_3)$ अयस्क को उपकरण को लाइन करने के लिए उपयोग किया जाता है।

$$ \underset{\substack{\text { हेमेटाइट } \\ \text { लाइनिंग }}}{\text { (b) } Fe_2 O_3}+\underset{\substack{ \text{अशुद्धियाँ}\\ \text { (कास्ट लोहा में उपस्थित) }}}{3 C} \rightarrow \underset{\substack{\text { वर्क्ट लोहा } \\ \text { लोहा }}}{2 Fe}+3 CO $$

उत्तर

अधिक अवशोषित होने वाले यौगिक बाद में निकलते हैं जबकि दूसरा जो कम अवशोषित होता है वह तेजी से निकल जाता है। चूंकि, यौगिक ’ $A$ ’ यौगिक ’ $B$ ’ के बाद निकलता है, इसलिए यौगिक ’ $B$ ’ स्तंभ पर अधिक तेजी से अवशोषित होता है।

उत्तर

सिलिकॉन (फ्लक्स) एक अम्लीय फ्लक्स होता है जो लौह ऑक्साइड के अशुद्धियों को बुनियादी अशुद्धियों से निकालता है इसके साथ अभिक्रिया करके। इस प्रकार, लौह सिलिकेट (स्लैग) बनता है।

$$ \underset{\text { गैंगुई }}{FeO}+\underset{\text { फ्लक्स }}{SiO_2} \longrightarrow \underset{\text { स्लैग }}{FeSiO_3} $$

उत्तर

इसके कारण ऑक्साइड धातुओं को आसानी से अपचयित किया जा सकता है जबकि सल्फाइड नहीं। इसलिए, सल्फाइड अयस्क को अपचयन से पहले ऑक्साइड में परिवर्तित कर दिया जाता है।

उत्तर

$Zr$ और $Ti$ को वैन अर्केल विधि द्वारा शुद्ध किया जाता है। यह विधि दो चरणों में शामिल होती है

(a) आयोडाइड के निर्माण उदाहरण के लिए, जिरकोनियम

$$ Zr+2 I_2 \longrightarrow ZrI_4 $$

(b) आयोडाइड के अपघटन

$$ ZrI_4 \xrightarrow{1800 K} \underset{\text { शुद्ध }}{Zr}+2 I_2 $$

उत्तर

धातुओं के विद्युत रासायनिक विधि द्वारा निष्कर्षण के दौरान निम्नलिखित दो बिंदुओं को ध्यान में रखना आवश्यक है

(i) धातुओं की प्रतिक्रियाशीलता यदि धातुएं बहुत प्रतिक्रियाशील हों और जल के साथ प्रतिक्रिया करने की उम्मीद हो तो धातुओं को उनके शुद्धिकृत गलित अयस्क के विद्युत अपघटन से निष्कर्षित किया जाना चाहिए न कि तालाबी विलयन से।

(ii) इलेक्ट्रोड के उपयोग के अनुकूलता चयनित इलेक्ट्रोड विद्युत अपघटन के उत्पाद के साथ अभिक्रिया न करे। यदि वे अभिक्रिया करते हैं तो इलेक्ट्रोड को एक ऐसे सामग्री से बनाया जाना चाहिए जो बहुत सस्ता हो क्योंकि उनकी आवश्यकता के लिए निरंतर प्रतिस्थापन न करे ताकि प्रक्रिया की लागत बढ़ न जाए।

उत्तर

धातुकर्म प्रक्रिया में फ्लक्स की भूमिका

(i) फ्लक्स का उपयोग गैंगुई के साथ अभिक्रिया करके उसे निकालने के लिए किया जाता है। इस प्रकार स्लैग बनता है।

(ii) इसके द्वारा गलित द्रव्यमान के चालकता में वृद्धि होती है।

उत्तर

जर्मेनियम, सिलिकॉन आदि जैसे उच्च गुणवत्ता वाले मेटल, जो सेमीकंडक्टर के रूप में उपयोग किए जाते हैं, जोन रिफाइनिंग विधि द्वारा शुद्ध किए जाते हैं।

सिद्धांत यह विधि यह सिद्धांत पर आधारित है कि तांबा के द्रव अवस्था में अशुद्धियाँ ठोस अवस्था में अपेक्षाकृत अधिक विलेय होती हैं।

उत्तर

500-800 K तापमान के बराबर लौह खनिज उत्पादन संबंधी ब्लास्ट फर्नेस में होने वाली रासायनिक अभिक्रियाएं हैं:

(i) $3 Fe_2 O_3+CO \longrightarrow 2 Fe_3 O_4+CO_2$

(ii) $Fe_3 O_4+4 CO \longrightarrow 3 Fe+4 CO_2$

(iii) $Fe_2 O_3+CO \longrightarrow 2 FeO+CO_2$

उत्तर

वाष्प अवस्था शुद्धिकरण के दो आवश्यकताएं हैं:

(i) धातु को उपलब्ध अभिकरक के साथ वाष्पशील यौगिक बनाना चाहिए।

(ii) वाष्पशील यौगिक को अपचयन द्वारा आसानी से पुनः प्राप्त किया जाना चाहिए।

उत्तर

(i) $4 Au(s)+8 CN^{-}(aq)+2 H_2 O(aq)+O_2(g) \longrightarrow 4[Au(CN)_2]^{-}(aq)+4 OH^{-}(aq)$

(ii) $2[Au(CN)_2]^{-}(aq)+Zn(s) \longrightarrow 2 Au(s)+[Zn(CN)_4]^{2-}(aq)$

जिंक इस अभिक्रिया में एक अपचायक के रूप में कार्य करता है।

उत्तर

(b) A. $\rightarrow$ (2)

B. $\rightarrow(4)$

C. $\rightarrow(5)$

D. $\rightarrow(3)$

A. स्पर्शदार बैंड निकेल स्टील से बने होते हैं।

B. मलाचाइट के अणुसूत्र $Cu CO_3 \cdot Cu(OH)_2$ होता है।

C. कैलमाइन के अणुसूत्र $ZnCO_3$ होता है।

D. क्राइओलाइट के अणुसूत्र $Na_3 AlF_6$ होता है।

उत्तर

(b) A. $\rightarrow$ (4)

B. $\rightarrow$ (3)

C. $\rightarrow(1)$

D. $\rightarrow(2)$

A. क्रोमैटोग्राफी में रंगीन बैंड दिखाई देते हैं।

B. मॉंड की प्रक्रिया के द्वारा अशुद्ध धातु को वाष्पशील संकर में परिवर्तित कर दिया जाता है।

C. $Ge$ और $Si$ के शुद्धीकरण के लिए जोन रिफाइनिंग विधि का उपयोग किया जाता है।

D. पारा के शुद्धीकरण के लिए भिन्नाकर विभाजन का उपयोग किया जाता है।

उत्तर

(अ) A. $\rightarrow$ (4) $\quad$

B. $\rightarrow$ (2) $\quad$

C. $\rightarrow$ (3) $\quad$

D. $\rightarrow$ (1)

A. सायानाइड प्रक्रिया का उपयोग Au के निस्साफ़ी के लिए किया जाता है जिसमें एनियोनिक संकर $.[AuCN)_2]^{-}$ के निर्माण के माध्यम से होता है।

B. फ्रोथ फ्लोटेशन प्रक्रिया का उपयोग ZnS के शोधन के लिए किया जाता है।

C. विद्युत रासायनिक अवकरण विधि का उपयोग एल्यूमिनियम के निस्साफ़ी के लिए किया जाता है। इसके लिए कार्बन विद्युत ध्रुव का उपयोग किया जाता है।

D. जोन शोधन विधि का उपयोग Ge के शोधन के लिए किया जाता है।

उत्तर

(अ) A. $\rightarrow$ (3)

B. $\rightarrow(4)$

C. $\rightarrow(2)$

D. $\rightarrow(1)$

A. स्पर्फ़ेलेटाइट एक जेमस्टोन है जिसमें Co होता है।

B. स्पहलराइट के अणुसूत्र $ZnS$ है। C. $NaCN$ फ्रोथ फ्लोटेशन विधि में एक डिप्रेसेंट के रूप में उपयोग किया जाता है।

D. कोरुंडम के अणुसूत्र $Al_2 O_3$ है।

उत्तर

(a) A. $\rightarrow$ (2)

B. $\rightarrow(3)$

C. $\rightarrow(4)$

D. $\rightarrow(1)$

A. ब्लिस्टर तांबा ($Cu$) को निम्नलिखित रासायनिक अभिक्रिया के माध्यम से तैयार किया जा सकता है

$$ 2 Cu_2 O+Cu_2 S \longrightarrow 6 Cu+SO_2 $$

B. लौह धातु को ब्लास्ट फर्नेस के माध्यम से निकाला जाता है।

C. रेवर्बरेटरी फर्नेस में लाग बनने के लिए निम्नलिखित अभिक्रिया होती है

$$ FeO+SiO_2 \longrightarrow \underset{लाग}{FeSiO_3} $$

D. हॉल-हेरूल्ट प्रक्रम एल्यूमिनियम के निकालने के लिए उपयोग किया जाता है।

उत्तर

(a) दोनों अस्थिरता और कारण सत्य हैं और कारण अस्थिरता की सही व्याख्या है। निकल को मॉंड के प्रक्रम द्वारा शुद्ध किया जा सकता है जिसमें एक वाष्पशील यौगिक $Ni(CO)_4$ के निर्माण की प्रक्रिया होती है जो $460 K$ पर $Ni$ में विघटित हो जाता है।

उत्तर

(a) दोनों अस्थिरता और कारण सत्य हैं और कारण अस्थिरता की सही व्याख्या है। जिरकोनियम को वैन अर्केल विधि द्वारा शुद्ध किया जा सकता है जिसमें एक वाष्पशील $ZrI_4$ के निर्माण की प्रक्रिया होती है जो $1800 K$ पर $Zr$ में विघटित हो जाता है।

उत्तर

(b) दोनों अभिकथन और कारण सही हैं लेकिन कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण नहीं है।

सल्फाइड खनिजों को फ्रोथ फ्लोटेशन विधि द्वारा संग्रहित किया जाता है। सल्फाइड खनिज कण तेल द्वारा अधिक रूप से आच्छादित होते हैं, हल्के हो जाते हैं और फ्रोथ के साथ सतह पर उठ जाते हैं जबकि गैंगू खनिज कण पानी द्वारा अधिक रूप से आच्छादित होते हैं, भारी हो जाते हैं और तालाब के तल पर बैठ जाते हैं और क्रेसॉल्स फ्रोथ फ्लोटेशन विधि में फ्रोथ को स्थायी बनाए रखते हैं।

फ्रोथ के निर्माण के कारण धातु के निष्कर्षण का मुख्य कारण होता है। धातु खनिज फ्रोथ के साथ निकल जाते हैं।

उत्त र

(b) दोनों अभिकथन और कारण सही हैं लेकिन कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण नहीं है।

जोन शोधन विधि उच्च शुद्धता वाले चालकता के उत्पादन के लिए बहुत उपयोगी है क्योंकि इस प्रक्रिया में शुद्ध धातु क्रिस्टलीकृत होती है जबकि अशुद्धियाँ आसंलग गलित क्षेत्र में जाती हैं जब अशुद्ध धातु छड़ को गर्म किया जाता है।

उत्तर

(b) अभिकथन और कारण दोनों सही हैं लेकिन कारण अभिकथन का सही स्पष्टीकरण नहीं है।

हाइड्रोमेटल्लुर्जी में खनिज को उपयुक्त रासायनिक अभिकर्मक में घोलकर अधिक विद्युत धनात्मक धातु द्वारा अपक्षालन किया जाता है जिसमें शुद्ध धातु को अधिक विद्युत धनात्मक धातु द्वारा प्रतिस्थापित किया जाता है।

सोचने की प्रक्रिया

इस समस्या के आधार पर एलिंगम आरेख और धातु के शुद्धीकरण के अवधारणा है।

उत्तर

(a) एलिंगम आरेख जो गिब्स आवश्यकता ऊर्जा और तापमान के बीच संबंध दर्शाता है जो $710 K$ से नीचे है।

$\Delta G_{(C, CO_2)}<\Delta G_{(C, CO)}$ इसलिए, $CO_2$ $CO$ से बेहतर अपचायक एजेंट होता है जबकि $710 K$ से ऊपर इसका एक बहुत अच्छा अपचायक एजेंट बन जाता है।

(b) सामान्यतः, सल्फाइड अयस्क को अपचयन से पहले ऑक्साइड में परिवर्तित कर दिया जाता है क्योंकि ऑक्साइड के अपचयन को धातु अयस्क और तापमान के आधार पर $C$ या $CO$ का उपयोग करके आसानी से किया जा सकता है।

(c) सिलिका एक द्रव्य जो कॉपर के सल्फाइड अयस्क में रेवर्बरेटरी उपकरण में डाला जाता है जिसके कारण लेग बनता है

$$ FeO+SiO_2 \rightarrow \underset{Slag}{FeSiO_3} $$

(d) कार्बन और हाइड्रोजन उच्च तापमान पर अपचायक एजेंट के रूप में उपयोग नहीं किए जाते हैं। उच्च तापमान पर कार्बन और हाइड्रोजन क्रमशः अपने कार्बाइड और हाइड्राइड बनाने में तेजी से भाग लेते हैं।

(e) वाष्प चरण शोधन विधि का उपयोग $Ti$ के शुद्धीकरण के लिए किया जाता है क्योंकि

$$ Ti+2 I_2 {\xrightarrow{523 K}} TiI_4 {\xrightarrow{1700 K}} Ti+2 I_2 $$