जस्ता (Zinc) और लोहा (Iron) जैसी धातुओं (जो अभिक्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित हैं) को उनके सल्फाइड अयस्क

Question

जस्ता (Zinc) और लोहा (Iron) जैसी धातुओं (जो अभिक्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित हैं) को उनके सल्फाइड अयस्कों से निकालने के लिए, मुख्य रूप से किस प्रक्रिया का उपयोग किया जाता है?

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The correct answer is B: भर्जन (Roasting) और उसके बाद कार्बन द्वारा अपचयन. अभिक्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित धातुएं, जैसे जस्ता ($Zn$) और लोहा ($Fe$), आमतौर पर सल्फाइड या कार्बोनेट अयस्कों के रूप में पाई जाती हैं। इन अयस्कों को पहले भर्जन या निस्तापन के माध्यम से धातु ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, जिसके बाद कार्बन (कोक) जैसे उपयुक्त अपचायक का उपयोग करके अपचयन किया जाता है।

Step-by-Step Solution & Concepts:
अभिक्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित धातुएं, जैसे जस्ता ($Zn$) और लोहा ($Fe$), आमतौर पर सल्फाइड या कार्बोनेट अयस्कों के रूप में पाई जाती हैं। इन अयस्कों को पहले भर्जन या निस्तापन के माध्यम से धातु ऑक्साइड में परिवर्तित किया जाता है, जिसके बाद कार्बन (कोक) जैसे उपयुक्त अपचायक का उपयोग करके अपचयन किया जाता है।

Working Principle: भर्जन में सल्फाइड को ऑक्साइड में बदलने के लिए सल्फाइड अयस्क को अतिरिक्त हवा की उपस्थिति में गर्म करना शामिल है: $2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$। एक बार जब धातु ऑक्साइड ($ZnO$) प्राप्त हो जाता है, तो कार्बन को अपचायक के रूप में उपयोग करके इसे धातु में अपचयित किया जाता है: $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$। कार्बन मध्यम अभिक्रियाशीलता वाली धातुओं के लिए एक प्रभावी अपचायक के रूप में कार्य करता है क्योंकि उच्च तापमान पर इसकी ऑक्सीजन के प्रति आत्मीयता अधिक होती है।

Key Formulas: $2ZnS + 3O_2 \rightarrow 2ZnO + 2SO_2$ — जिंक सल्फाइड के लिए भर्जन अभिक्रिया; $ZnO + C \rightarrow Zn + CO$ — जिंक ऑक्साइड का कार्बन अपचयन

Key Points: भर्जन विशेष रूप से सल्फाइड अयस्कों के लिए है।; निस्तापन का उपयोग कार्बोनेट अयस्कों के लिए किया जाता है।; कार्बन अत्यधिक अभिक्रियाशील धातुओं (जैसे $Na, K, Ca$) के लिए उपयुक्त नहीं है क्योंकि उनकी ऑक्सीजन के प्रति आत्मीयता कार्बन की तुलना में अधिक होती है।; भर्जन के दौरान उत्पन्न सल्फर डाइऑक्साइड गैस अक्सर सल्फ्यूरिक एसिड बनाने के लिए एक उप-उत्पाद के रूप में एकत्र की जाती है।

Advantages: कार्बन/कोक की कम लागत के कारण आर्थिक रूप से व्यवहार्य।; मध्यम अभिक्रियाशीलता वाली धातुओं के लिए उच्च दक्षता।

Disadvantages: सल्फर डाइऑक्साइड गैस का उत्पादन करती है जो एक प्रमुख वायुमंडलीय प्रदूषक और अम्लीय वर्षा का स्रोत है।; उच्च तापमान की आवश्यकता होती है जो महत्वपूर्ण ऊर्जा की खपत करता है।

Applications: जिंक ब्लेंड ($ZnS$) से जस्ता का निष्कर्षण।; साइडराइट ($FeCO_3$) से लोहे का निष्कर्षण (हालांकि ब्लास्ट फर्नेस अक्सर सीधे कोक का उपयोग करती है)।

Additional Info: विद्युत अपघटन अत्यधिक अभिक्रियाशील धातुओं ($K, Na, Ca, Mg, Al$) के लिए आरक्षित है क्योंकि कार्बन इन ऑक्साइड को अपचयित नहीं कर सकता है।. भर्जन हवा की उपस्थिति में होता है, जबकि निस्तापन हवा की अनुपस्थिति या सीमित आपूर्ति में होता है।

Answer: B सही है — अभिक्रियाशीलता श्रेणी के मध्य में स्थित धातुओं को पहले ऑक्साइड बनाने के लिए भर्जित किया जाता है और बाद में कार्बन का उपयोग करके अपचयित किया जाता है।

Exam Tip: अयस्क के प्रकार की हमेशा जांच करें: यदि अयस्क का नाम 'ide' (जैसे सल्फाइड) पर समाप्त होता है, तो भर्जन चुनें। यदि यह 'ate' (जैसे कार्बोनेट) पर समाप्त होता है, तो निस्तापन चुनें।

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Option A: विद्युत अपघटन (Electrolysis)

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Option C: निस्तापन (Calcination) और उसके बाद विद्युत अपघटन

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Option D: ऑक्सीजन द्वारा प्रत्यक्ष विस्थापन

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