Calcination du calcaire : ce que dit le signe de Δᵣ G° — exercice corrigé de chimie : thermodynamique et électrochimie (PC) (chapitre 2)

Calcination du calcaire : ce que dit le signe de

Δ_{r} G^{\circ}

Second principe et potentiel chimique · niveau 2

Énoncé

Pour $CaCO X_{3} (s) CaO (s) + CO X_{2} (g)$ , on donne $Δ_{r} H^{\circ} = 178 k J . m o l^{- 1}$ et $Δ_{r} S^{\circ} = 161 J . K^{- 1} . m o l^{- 1}$ .

À quelle température $Δ_{r} G^{\circ}$ s'annule-t-il ? Dans quelles conditions ce changement de signe décide-t-il du sens d'évolution ?
Dans un four à chaux, les gaz de combustion diluent le dioxyde de carbone : $p_{CO X_{2}} \approx 0, 20 ba r$ . Le calcaire se décompose-t-il à $1100 K$ ?
Le calcaire est-il menacé de décomposition à $298 K$ dans l'air, où $p_{CO X_{2}} = 4 \times 1 0^{- 4} ba r$ ?

Corrigé

$Δ_{r} G^{\circ} = Δ_{r} H^{\circ} - T Δ_{r} S^{\circ}$ s'annule pour $T = 178 000/161 \approx 1105 K$ ( $832° C$ ). Les deux solides sont purs (activité $1$ ) : $Q = p_{CO X_{2}} / p^{\circ}$ et $Δ_{r} G = Δ_{r} G^{\circ} + R T ln (p_{CO X_{2}} / p^{\circ})$ . Le signe de $Δ_{r} G^{\circ}$ ne décide donc du sens d'évolution que sous $p_{CO X_{2}} = 1 ba r$ : sous $1 ba r$ de $CO X_{2}$ pur, le calcaire se décompose au-dessus de $1105 K$ , et le $CO X_{2}$ réagit avec la chaux au-dessous. Ce n'est pas « la » température de décomposition du calcaire.
$Δ_{r} G^{\circ} (1100 K) = 178000 - 1100 \times 161 = + 0, 9 k J . m o l^{- 1}$ , mais $R T ln 0, 20 = 8, 314 \times 1100 \times ln 0, 20 = - 14, 7 k J . m o l^{- 1}$ : $Δ_{r} G = - 13, 8 k J . m o l^{- 1} < 0$ . Le calcaire se décompose, à une température où $Δ_{r} G^{\circ}$ est encore positif : diluer le produit gazeux abaisse $Q$ .
$Δ_{r} G = 178000 - 298 \times 161 + 8, 314 \times 298 \times ln (4 \times 1 0^{- 4}) = 130, 0 - 19, 4 = + 110, 6 k J . m o l^{- 1} > 0$ : la décomposition est impossible ; c'est même la carbonatation de la chaux par l'air qui est favorable (prise des mortiers à la chaux).

Calcination du calcaire : ce que dit le signe de Δr​G∘

Énoncé

Corrigé

Calcination du calcaire : ce que dit le signe de $Δ_{r} G^{\circ}$