EXERCICES
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5. Montrer qu’à température ambiante (293 K) sous 1 bar, le cuivre s’oxyde à l’air.
6. Parfois en chauffant, à partir d’une certaine température, la couche d’oxyde disparaît. Expliquer pourquoi. Est-ce le cas pour le cuivre dans l’intervalle de température
considéré, soit 300 K–1300 K ?
7. Le cuivre semble être le premier métal qui ait été produit à partir de son minerai,
vraisemblablement dès le sixième millénaire avant J.-C. au Moyen Orient.
Déterminer, en fonction de la température atteinte, les produits obtenus lorsqu’on
chauffe de l’oxyde de cuivre(II), CuO, en présence de carbone.
8. Que se passe-t-il si on refroidit jusqu’à 500 K les produits obtenus dans les conditions précédentes ?
Données :
T = 298 K
Cu(s) CuO(s) O 2 (g)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
0
−157, 3 0
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1 33, 2 42, 6
205, 2
Température de fusion de Cu(s) : 1356 K. Température de fusion de CuO(s) : 1599 K.
R = 8,31 J·K −1 ·mol −1 .
7.9 Élaboration du titane (Mines-Ponts PSI 2001) (##)
À résoudre sans calculatrice (grandeurs numériques approchées).
Données :
Espèces chimiques O 2 (g) Cl 2 (g) C(gr.) TiO 2 (s) TiCl 4 (g) Ti(α) CO(g)
Δ vap H ◦ / kJ·mol −1
−900
−750
−100
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1
200
200
10
50
350
30
200
Pour obtenir le titane métal, il faut réduire le dioxyde de titane. Un réducteur très
utilisé en sidérurgie est le carbone graphite (coke), noté (gr.).
1. Tracer l’allure du diagramme d’ELLINGHAM entre 0 et 2500 K pour les couples
TiO 2 (s)/Ti et CO(g)/C(gr.).
Écrire la réaction de réduction de TiO 2 par le carbone graphite. Montrer que cette
réaction n’est possible qu’à très haute température.
En fait, on ne fait pas comme cela car à ces températures il y a formation de carbures
de titane qui empoisonnent le titane. On passe donc par un intermédiaire qui est le
tétrachlorure de titane TiCl 4 que l’on prépare par attaque du minerai. Une méthode de
passage de TiO 2 à TiCl 4 consisterait en la chloration directe de TiO 2 (réaction (1)) :
TiO 2 (s) + 2 Cl 2 (g)
=
TiCl 4 (g) + O 2 (g).
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5. Montrer qu’à température ambiante (293 K) sous 1 bar, le cuivre s’oxyde à l’air.
6. Parfois en chauffant, à partir d’une certaine température, la couche d’oxyde disparaît. Expliquer pourquoi. Est-ce le cas pour le cuivre dans l’intervalle de température
considéré, soit 300 K–1300 K ?
7. Le cuivre semble être le premier métal qui ait été produit à partir de son minerai,
vraisemblablement dès le sixième millénaire avant J.-C. au Moyen Orient.
Déterminer, en fonction de la température atteinte, les produits obtenus lorsqu’on
chauffe de l’oxyde de cuivre(II), CuO, en présence de carbone.
8. Que se passe-t-il si on refroidit jusqu’à 500 K les produits obtenus dans les conditions précédentes ?
Données :
T = 298 K
Cu(s) CuO(s) O 2 (g)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
0
−157, 3 0
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1 33, 2 42, 6
205, 2
Température de fusion de Cu(s) : 1356 K. Température de fusion de CuO(s) : 1599 K.
R = 8,31 J·K −1 ·mol −1 .
7.9 Élaboration du titane (Mines-Ponts PSI 2001) (##)
À résoudre sans calculatrice (grandeurs numériques approchées).
Données :
Espèces chimiques O 2 (g) Cl 2 (g) C(gr.) TiO 2 (s) TiCl 4 (g) Ti(α) CO(g)
Δ vap H ◦ / kJ·mol −1
−900
−750
−100
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1
200
200
10
50
350
30
200
Pour obtenir le titane métal, il faut réduire le dioxyde de titane. Un réducteur très
utilisé en sidérurgie est le carbone graphite (coke), noté (gr.).
1. Tracer l’allure du diagramme d’ELLINGHAM entre 0 et 2500 K pour les couples
TiO 2 (s)/Ti et CO(g)/C(gr.).
Écrire la réaction de réduction de TiO 2 par le carbone graphite. Montrer que cette
réaction n’est possible qu’à très haute température.
En fait, on ne fait pas comme cela car à ces températures il y a formation de carbures
de titane qui empoisonnent le titane. On passe donc par un intermédiaire qui est le
tétrachlorure de titane TiCl 4 que l’on prépare par attaque du minerai. Une méthode de
passage de TiO 2 à TiCl 4 consisterait en la chloration directe de TiO 2 (réaction (1)) :
TiO 2 (s) + 2 Cl 2 (g)
=
TiCl 4 (g) + O 2 (g).