Obtention d’un métal par pyrométallurgie : diagrammes d’Ellingham

Matériaux 1 :

Obtention d’un métal par pyrométallurgie : diagrammes d’Ellingham

Quelques réponses

1 : Faux, c’est Q_r = 1. A priori, K° ≠ 1.

2 : Vrai : on met Δ_rG° si on n’affiche que des droites (sans attribution de domaines) et on met RT ln(P_O2/P°) si l’on indique des domaines de stabilité / Faux : Δ_rG = Δ_rG° + RT ln(Q_r) = Δ_rG° + RT ln(P°/P_O2) = Δ_rG° - y → on accède à la valeur de Δ_rG en comparant Δ_rG° et y.

3 : Faux : les diagrammes d’Ellingham sont de nature exclusivement thermodynamique. Ils ne fournissent aucune info cinétique. Une réaction très favorable peut s’avérer bloquée sur le plan cinétique.

4 : Voir cours. Calculer le signe de A en comparant ΔrG° et y = RT ln(P_O2/P°). En général, si le métal et l’oxyde forment des phases condensées pures, la variance vaut 1 : il y a donc rupture d’équilibre et donc disparition d’une des phases. L’autre seule subsiste.

5 : 1) NO du fer dans Fe : 0, FeO : + II, Fe₂O₃ : + III et Fe₃O₄ : « + VIII/3 » (n’existe pas : sur 3 atomes de fer, deux sont au NO + II et l’autre au NO + III).

2) Voir énoncé exercice 11.

6 : 1) Si Al réduit quantitativement MgO au-delà de 1750 K, alors le domaine de stabilité d’Al est disjoint et en- dessous de celui de MgO.

Donc au-dessous de la courbe avec C : Al et au-dessus Al₂O₃. Au-dessous de la courbe avec A et B : Mg et au-dessus : MgO.

2) A : fusion de Mg ; B : vaporization de Mg ; C : fusion de Al.

7 : Au-dessus, domaine de ZnO et en-dessous celui de Zn.

Pour T < 693 K, Δ_rG°(T) = - 696 + 0,201 T (en kJ.mol^-1) Pour 693 < T < 1180 K, Δ_rG°(T) = - 710 + 0,221 T (en kJ.mol^-1) Pour T > 1180 K, Δ_rG°(T) = - -940 + 0,416 T (en kJ.mol^-1)

8 : 1) 2 CO_(g) + O_2(g) = 2 CO_2(g) (1) : Δ_rS° < 0 donc pente de Δ_rG° > 0 : Δ_rG₁° 2 C_(s) + O_2(g) = 2 CO_(g) (2) : Δ_rS° > 0 donc pente de Δ_rG° < 0 : Δ_rG₂°

Le diagramme présente deux droites qui se croisent en T = 980 K : CO est au-dessus de la droite décroissante, C est en-dessous de celle-ci. CO₂ est au-dessus de la droite ascendante, CO est en-dessous.

On parle de domaine de prédominance pour les deux gaz, mais de domaine d’existence pour C_(s). 2) Avant 980 K, CO a deux domaines disjoints. Il est donc instable.

3) Avant 980 K, il faut donc faire un diagramme sans CO : le couple à mettre en jeu est CO₂/C d’équation (3) : C_(s) + O_2(g) = CO_2(g), avec (3) = ½ ((1) + (2)) : Δ_rG₃° = - 394 – 0,003 T (pente quasi nulle car il y a autant de gaz des deux côtés de l’égalité). Ce nouveau segment remplace les segments (1) et (2) avant 980 K.

9 : La courbe d’Ellingham du cuivre est au-dessus de celle du fer : le fer est donc un meilleur réducteur ce qui signifie qu’il est oxydé plus facilement que le cuivre. Ce dernier peut être trouvé à l’état métallique (c’est-à- dire Cu_(s)) dans certains gisements contrairement au fer pour lequel il a fallu mettre au point des techniques pour transformer le minerai en fer métallique.