Δᵣ H° de part et d'autre d'une fusion : oxydation du zinc — exercice corrigé de chimie : thermodynamique et électrochimie (PT) (chapitre 1)

Δ_{r} H^{\circ}

de part et d'autre d'une fusion : oxydation du zinc

Premier principe appliqué aux transformations physico-chimiques · niveau 2

Énoncé

On étudie l'oxydation du zinc $2 Zn + O X_{2} (g) 2 ZnO (s)$ . Données : $Δ_{f} H^{\circ} (ZnO (s)) = - 348.28 k J . m o l^{- 1}$ à $298 K$ ; le zinc fond à $T_{fus} = 693 K$ , avec $Δ_{fus} H = 7.32 k J . m o l^{- 1}$ . On admet que, en dehors des changements d'état, les enthalpies standard de réaction ne dépendent pas de $T$ .

Calculer $Δ_{r} H^{\circ}$ pour $T < 693 K$ (zinc solide).
En déduire $Δ_{r} H^{\circ}$ pour $T > 693 K$ (zinc liquide), par un cycle.
Quel transfert thermique un four de grillage maintenu à $800 K$ reçoit-il par kilogramme de zinc oxydé ( $M = 65.38 g . m o l^{- 1}$ ) ?

Corrigé

1. Le zinc solide et le dioxygène sont dans leur état standard de référence : $Δ_{r} H_{1}^{\circ} = 2 Δ_{f} H^{\circ} (ZnO) = - 696.6 k J . m o l^{- 1}$ .

2. Au-dessus de $693 K$ , la réaction part de zinc liquide. Cycle : solidifier les deux moles de zinc ( $- 2 Δ_{fus} H$ ), puis réagir avec le zinc solide :

$Δ_{r} H_{2}^{\circ} = - 2 Δ_{fus} H + Δ_{r} H_{1}^{\circ} = - 2 \times 7, 32 - 696, 6 = - 711.2 k J . m o l^{- 1} .$

C'est la relation $Δ_{r} H^{\circ} (T > T_{fus}) = Δ_{r} H^{\circ} (T < T_{fus}) + ν_{Zn} Δ_{fus} H$ , avec $ν_{Zn} = - 2$ : l'écart, $14.6 k J . m o l^{- 1}$ , n'est que de $2 %$ , mais il est connu exactement, alors que l'hypothèse « $Δ_{r} H^{\circ}$ constante » est une approximation.

3. Un kilogramme de zinc représente $\frac{1000}{65 , 38} = 15.3 m o l$ , soit $ξ = 7.65 m o l$ ; à $800 K$ , en régime monobare et isotherme, $Q_{P} = Δ_{r} H_{2}^{\circ} ξ = - 711, 2 \times 7, 65 = - 5.44 M J$ : le four reçoit $- 5, 44$ MJ, c'est-à-dire qu'il doit évacuer $5.44 M J$ par kilogramme de zinc oxydé.

Δr​H∘ de part et d'autre d'une fusion : oxydation du zinc

Énoncé

Corrigé

$Δ_{r} H^{\circ}$ de part et d'autre d'une fusion : oxydation du zinc