Pour aller plus loin. La métallurgie du zinc enchaîne deux…

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · chimie (première), chapitre 4 — Avancement et bilans de matière · Plusieurs réactions, plusieurs réactifs

Énoncé

Pour aller plus loin. La métallurgie du zinc enchaîne deux transformations :

$2 ZnS + 3 O X_{2} 2 ZnO + 2 SO X_{2} (grillage), ZnO + C Zn + CO (r e ˊ duction) .$

On part de $195$ g de sulfure de zinc pur ( $M = 97, 5 g / mol$ ), avec dioxygène et carbone en excès.

Vérifier l'ajustement des deux équations.
Quelle masse de zinc peut-on au mieux obtenir ( $M = 65, 4 g / mol$ ) ?
Quelle quantité de dioxygène le grillage consomme-t-il ?

Corrigé

1. Grillage : Zn $2 = 2$ ; S $2 = 2$ ; O $3 \times 2 = 6$ à gauche, $2 + 2 \times 2 = 6$ à droite. ✓ Réduction : Zn $1 = 1$ ; O $1 = 1$ ; C $1 = 1$ . ✓

2. $n (ZnS) = \frac{195}{97 , 5} = 2, 00$ mol. Grillage : $x_{1} = \frac{2 , 00}{2} = 1, 00$ mol, d'où $n (ZnO) = 2, 00$ mol. Réduction : $x_{2} = 2, 00$ mol, d'où $n (Zn) = 2, 00$ mol et $m = 2, 00 \times 65, 4 = 131$ g.

3. $n (O X_{2}) = 3 x_{1} = 3, 00$ mol.

Contrôle : le zinc se conserve d'un bout à l'autre de la chaîne — $2, 00$ mol dans le sulfure, $2, 00$ mol dans l'oxyde, $2, 00$ mol de métal. C'est le raccourci du chimiste : dans une suite de transformations totales avec tous les autres réactifs en excès, l'élément se conserve, et l'on peut sauter les intermédiaires.

Nuance industrielle : les $2, 00$ mol de $SO X_{2}$ ne partent pas à l'atmosphère — elles alimentent la fabrication d'acide sulfurique.

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