সক্রিয়তা সিরিজ অনুযায়ী ধাতু নিষ্কাশন (তড়িৎ বিশ্লেষণ ও কার্বন বিজারণ)

অনুশীলনের প্রশ্ন

1. ১

   কুমিল্লার একটি বিদ্যালয়ের রসায়ন পরীক্ষাগারে নীল বর্ণের কপার সালফেট (CuSO₄) জলীয় দ্রবণে একটি পরিষ্কার লোহার (Fe) পেরেক ডুবিয়ে রাখা হলো। ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজের (reactivity series) ওপর ভিত্তি করে কিছুক্ষণ পর দ্রবণের বর্ণ ও পেরেকের উপরিভাগে কী পরিবর্তন দেখা যাবে?

   1. ক

      দ্রবণের নীল বর্ণ হালকা সবুজ হবে এবং পেরেকের গায়ে লালচে বাদামি তামার প্রলেপ পড়বে

   2. খ

      দ্রবণের কোনো রঙের পরিবর্তন হবে না কারণ কপার সক্রিয়তা সিরিজে আয়রনের উপরে অবস্থিত

   3. গ

      লোহার পেরেক সম্পূর্ণ গলে গিয়ে তীব্রভাবে বুদবুদ আকারে হাইড্রোজেন গ্যাস নির্গত হবে

   4. ঘ

      পেরেকের ওপর কালো ফেরিক অক্সাইডের আস্তরণ পড়বে এবং দ্রবণটি গাঢ় নীল বর্ণ ধারণ করবে

   উত্তর ও ব্যাখ্যা

   সঠিক উত্তর:

   ক) দ্রবণের নীল বর্ণ হালকা সবুজ হবে এবং পেরেকের গায়ে লালচে বাদামি তামার প্রলেপ পড়বে

   1. ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজে আয়রন (Fe) কপারের (Cu) উপরে অবস্থিত, অর্থাৎ আয়রন কপার অপেক্ষা অধিক সক্রিয় ধাতু।
   2. প্রতিস্থাপন বিক্রিয়ায় অধিক সক্রিয় Fe পরমাণু CuSO₄ দ্রবণ থেকে Cu²⁺ আয়নকে প্রতিস্থাপিত করে নিজে Fe²⁺ আয়নে জারিত হয়ে হালকা সবুজ ফেরাস সালফেট (FeSO₄) দ্রবণ তৈরি করে এবং বিজারিত হয়ে লালচে বাদামি কপার ধাতু পেরেকের গায়ে জমা হয়: Fe(s) + CuSO₄(aq) → FeSO₄(aq) + Cu(s)।

   $$\text{Fe}(s) + \text{CuSO}_4(aq) \rightarrow \text{FeSO}_4(aq) + \text{Cu}(s)$$
2. ২

   ধাতুর সক্রিয়তা সিরিজে পটাসিয়াম (K), সোডিয়াম (Na) ও অ্যালুমিনিয়াম (Al) এর মতো অতি সক্রিয় ধাতুগুলোর অক্সাইডকে কোক বা কার্বন (C) দ্বারা বিজারিত করে মুক্ত ধাতু নিষ্কাশন করা যায় না কেন?

   1. ক

      অক্সিজেনের প্রতি এই ধাতুগুলোর তীব্র রাসায়নিক আসক্তি কার্বনের আসক্তির চেয়ে অনেক বেশি

   2. খ

      কার্বনের গলনাঙ্ক এই অতি সক্রিয় ধাতুগুলোর অক্সাইডের গলনাঙ্কের চেয়ে অনেক কম

   3. গ

      কার্বন একটি তীব্র জারক পদার্থ হওয়ায় তা ধাতব অক্সাইডকে আরো জারিত করে ফেলে

   4. ঘ

      এই ধাতুগুলোর অক্সাইড কেবল অম্লীয় দ্রবণে দ্রবীভূত হয় কিন্তু কোনো বিজারকের সাথে বিক্রিয়া করে না

   উত্তর ও ব্যাখ্যা

   সঠিক উত্তর:

   ক) অক্সিজেনের প্রতি এই ধাতুগুলোর তীব্র রাসায়নিক আসক্তি কার্বনের আসক্তির চেয়ে অনেক বেশি

   1. সক্রিয়তা সিরিজের শীর্ষে অবস্থিত ধাতুগুলোর (K, Na, Ca, Mg, Al) যোজ্যতা ইলেকট্রন ত্যাগের প্রবণতা অত্যধিক হওয়ায় এরা অক্সিজেনের সাথে অত্যন্ত শক্তিশালী ও সুস্থিত আয়নিক বন্ধন তৈরি করে।
   2. অক্সিজেনের প্রতি এই ধাতুগুলোর রাসায়নিক আকর্ষণ কার্বনের আকর্ষণ অপেক্ষা বহুগুণ বেশি হওয়ায় কার্বন এদের থেকে অক্সিজেন অপসারণ করতে পারে না। ফলে এদের অক্সাইড থেকে ধাতু নিষ্কাশনে কার্বন বিজারণের বদলে গলিত আকরিকের তড়িৎ বিশ্লেষণ (electrolysis) প্রয়োজন হয়।
3. ৩

   চট্টগ্রামের সীতাকুণ্ডে অবস্থিত একটি ইস্পাত প্রস্তুতকারী কারখানার ব্লাস্ট ফার্নেসে (blast furnace) ৪০০ kg বিশুদ্ধ হেমাটাইট (Fe₂O₃) আকরিককে কার্বন মনোক্সাইড (CO) গ্যাস দ্বারা সম্পূর্ণ বিজারিত করা হলো। সংঘটিত বিক্রিয়া: Fe₂O₃(s) + 3CO(g) → 2Fe(l) + 3CO₂(g) বিক্রিয়াটি সম্পূর্ণ হলে তাত্ত্বিকভাবে ঠিক কত কিলোগ্রাম (kg) বিশুদ্ধ গলিত লোহা (Fe) পাওয়া যাবে? (দেওয়া আছে: পারমাণবিক ভর Fe = ৫৬, O = ১৬, C = ১২)।

   উত্তর ও ব্যাখ্যা

   সঠিক উত্তর:

   ২৮০ kg

   1. Fe₂O₃ এবং উৎপন্ন Fe এর মোলার ভর হিসাব করি: M(Fe₂O₃) = (৫৬ × ২) + (১৬ × ৩) = ১১২ + ৪৮ = ১৬০ g/mol এবং ২ মোল Fe এর ভর = ২ × ৫৬ = ১১২ g।

   $$M_{\text{Fe}_2\text{O}_3} = 160\text{ g/mol}, \quad m(2\text{Fe}) = 112\text{ g}$$

   2. সমতাকৃত বিক্রিয়া Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ অনুসারে, ১৬০ kg বিশুদ্ধ Fe₂O₃ বিজারিত হয়ে উৎপন্ন করে ১১২ kg Fe।

   $$160\text{ kg Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow 112\text{ kg Fe}$$

   3. অতএব, ৪০০ kg Fe₂O₃ থেকে উৎপন্ন লোহার ভর = (১১২ × ৪০০) ⁄ ১৬০ = ১১২ × ২.৫ = ২৮০ kg।

   $$m = \frac{112 \times 400}{160} = 280\text{ kg}$$