chimie : thermodynamique et électrochimie (PT) · Chapitre 2 · Application directe du cours

Réduction de l'oxyde de zinc par le carbone : un coude à l'ébullition du zinc

Équilibres chimiques : constante, évolution et déplacement · niveau 2

Énoncé

On étudie $ZnO (s) + C (s) Zn + CO (g)$ . Données à $298 K$ (tables NBS) : $Δ_{f} H^{\circ}$ ( $k J . m o l^{- 1}$ ) : $ZnO (s)$ $- 348, 28$ ; $Zn (g)$ $130, 73$ ; $CO (g)$ $- 110, 53$ . $S_{m}^{\circ}$ ( $J . K^{- 1} . m o l^{- 1}$ ) : $ZnO (s)$ $43, 64$ ; $C (s)$ $5, 74$ ; $Zn (g)$ $160, 98$ ; $CO (g)$ $197, 67$ . Le zinc bout à $1180 K$ sous $1 ba r$ , avec $Δ_{vap} H = 115, 3 k J . m o l^{- 1}$ (on néglige sa fusion, à $693 K$ ).

Au-dessus de $1180 K$ , le zinc formé est gazeux. Calculer $Δ_{r} H^{\circ}$ , $Δ_{r} S^{\circ}$ et la température où $K^{\circ} = 1$ .
Au-dessous de $1180 K$ , le zinc formé est liquide. En déduire $Δ_{r} H^{\circ}$ et $Δ_{r} S^{\circ}$ de cette branche, puis $K^{\circ} (1100 K)$ et $K^{\circ} (1180 K)$ .
Écrire $K^{\circ}$ en fonction des pressions sur chaque branche et commenter.

Corrigé

$Δ_{r} H^{\circ} = 130, 73 - 110, 53 + 348, 28 = 368, 5 k J . m o l^{- 1}$ , $Δ_{r} S^{\circ} = 160, 98 + 197, 67 - 43, 64 - 5, 74 = 309, 3 J . K^{- 1} . m o l^{- 1}$ (deux gaz formés). $K^{\circ} = 1$ quand $Δ_{r} G^{\circ} = 0$ : $T = 368 480/309, 27 = 1191 K$ , au-dessus de $1180 K$ : la branche « zinc gazeux » est bien la bonne.
Former du zinc liquide au lieu de gazeux, c'est retrancher une vaporisation : $Δ_{r} H^{\circ} = 368, 5 - 115, 3 = 253, 2 k J . m o l^{- 1}$ et $Δ_{r} S^{\circ} = 309, 3 - 115 300/1180 = 211, 6 J . K^{- 1} . m o l^{- 1}$ . À $1100 K$ , $Δ_{r} G^{\circ} = 253180 - 1100 \times 211, 56 = 20, 5 k J . m o l^{- 1}$ , $K^{\circ} = exp (- 20 466/ (8, 314 \times 1100)) = 0, 11$ ; à $1180 K$ , $Δ_{r} G^{\circ} = 3, 5 k J . m o l^{- 1}$ et $K^{\circ} = 0, 70$ , la même valeur sur les deux branches : la courbe $ln K^{\circ} (1/ T)$ est continue, avec un coude.
Zinc liquide (activité $1$ ) : $K^{\circ} = p_{CO} / p^{\circ}$ ; zinc gazeux : $K^{\circ} = p_{Zn} p_{CO} / p^{\circ 2}$ . La réduction n'est appréciable qu'au-dessus de $1200 K$ environ : le zinc sort du four à l'état de vapeur, qu'on condense ensuite. Au-dessus de l'ébullition, la pente de van 't Hoff est plus forte ( $Δ_{r} H^{\circ}$ plus grand) : la vaporisation du produit tire la réduction.

100 % gratuit

La suite du chapitre est sur Adloun

Exercice suivant et tuteur

Sans compte : le cours, le premier QCM et 2 minutes de podcast et de vidéo. Exercices et tuteur : inscription gratuite en 30 secondes, sans carte bancaire.

Le cours du chapitre · Tous les exercices du chapitre

Exercice suivant et tuteur →