208
CHAP. 7 – DIAGRAMMES D’ELLINGHAM
Cette opération a pour but d’éviter que les vapeurs de zinc réagissent avec le
dioxyde de carbone présent pour former l’oxyde de zinc (voir le diagramme
d’ELLINGHAM). Le zinc condensé forme avec le plomb un alliage qui est envoyé dans un système de refroidissement où il se sépare en deux phases, l’une
riche en plomb est recyclée dans le condenseur, l’autre riche en zinc contenant
de 1,50 à 2 % de plomb. Ce zinc impur est raffiné par distillation fractionnée
avant son utilisation. On obtient du zinc pur à 99,99 %.
EXERCICES
7.1 Pyrométallurgie du zinc (Centrale-Supélec TSI 2006) (#)
1. Dans le cadre de quelles approximations construit-on un diagramme d’ELLINGHAM ?
Données : pour le couple ZnO(s)/Zn(s) et l’équation de réaction :
Zn (s) +
1
2
O 2 (g)
=
ZnO (s)
(1)
Δ r G ◦
1 (en J·mol −1 ) = −348, 3 × 10 3 + 100, 5.T où T est la température en K.
T fusion (Zn) = 693 K ; Δ fusion H ◦ (Zn) = 6,7 kJ·mol −1 ; T vaporisation (Zn) = 1180 K ;
Δ vaporisation H ◦ (Zn) = 114,8 kJ·mol −1 ; T fusion (ZnO) = 2248 K.
2. Construire le diagramme d’ELLINGHAM du zinc pour : 273 K < T < 1773 K ; on
établira précisément les équations ; une représentation schématique du diagramme
lui-même suffit.
On admettra des équations-bilans faisant figurer le dioxygène avec un coefficient
stœchiométrique égal à −1.
Utilisation du carbone.
Pour le couple CO/C et l’équation de réaction :
C (s) +
1
2
O 2 (g)
=
CO (g)
(2)
on donne : Δ r G ◦
2 (en J·mol −1 ) = −110, 5 × 10 3 − 89, 5.T où T est la température en
kelvin.
3. Écrire l’équation de la réaction de réduction de l’oxyde de zinc par le carbone.
4. Déterminer la température d’inversion de cette réaction. Dans quel domaine de
température la réaction sera-t-elle thermodynamiquement favorisée ? On admettra
qu’une réaction est favorisée lorsque la constante d’équilibre est supérieure à 1.
CHAP. 7 – DIAGRAMMES D’ELLINGHAM
Cette opération a pour but d’éviter que les vapeurs de zinc réagissent avec le
dioxyde de carbone présent pour former l’oxyde de zinc (voir le diagramme
d’ELLINGHAM). Le zinc condensé forme avec le plomb un alliage qui est envoyé dans un système de refroidissement où il se sépare en deux phases, l’une
riche en plomb est recyclée dans le condenseur, l’autre riche en zinc contenant
de 1,50 à 2 % de plomb. Ce zinc impur est raffiné par distillation fractionnée
avant son utilisation. On obtient du zinc pur à 99,99 %.
EXERCICES
7.1 Pyrométallurgie du zinc (Centrale-Supélec TSI 2006) (#)
1. Dans le cadre de quelles approximations construit-on un diagramme d’ELLINGHAM ?
Données : pour le couple ZnO(s)/Zn(s) et l’équation de réaction :
Zn (s) +
1
2
O 2 (g)
=
ZnO (s)
(1)
Δ r G ◦
1 (en J·mol −1 ) = −348, 3 × 10 3 + 100, 5.T où T est la température en K.
T fusion (Zn) = 693 K ; Δ fusion H ◦ (Zn) = 6,7 kJ·mol −1 ; T vaporisation (Zn) = 1180 K ;
Δ vaporisation H ◦ (Zn) = 114,8 kJ·mol −1 ; T fusion (ZnO) = 2248 K.
2. Construire le diagramme d’ELLINGHAM du zinc pour : 273 K < T < 1773 K ; on
établira précisément les équations ; une représentation schématique du diagramme
lui-même suffit.
On admettra des équations-bilans faisant figurer le dioxygène avec un coefficient
stœchiométrique égal à −1.
Utilisation du carbone.
Pour le couple CO/C et l’équation de réaction :
C (s) +
1
2
O 2 (g)
=
CO (g)
(2)
on donne : Δ r G ◦
2 (en J·mol −1 ) = −110, 5 × 10 3 − 89, 5.T où T est la température en
kelvin.
3. Écrire l’équation de la réaction de réduction de l’oxyde de zinc par le carbone.
4. Déterminer la température d’inversion de cette réaction. Dans quel domaine de
température la réaction sera-t-elle thermodynamiquement favorisée ? On admettra
qu’une réaction est favorisée lorsque la constante d’équilibre est supérieure à 1.