EXERCICES
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4. Tracer sur un diagramme les droites log(K ◦
T ) = f (1/T ) (log : logarithme décimal)
pour les équilibres (6) à (9).
5. Si on introduit dans un réacteur initialement vide, les oxydes WO 3 (s) et W 10 O 29 (s),
de la vapeur d’eau et du dihydrogène de telle sorte que le produit (ou quotient) de
réaction Π défini par :
Π =
p H 2 O
p H 2
ait constamment une valeur supérieure à celle qu’il doit avoir si l’équilibre (6) est
réalisé à la température T , quel est le signe de l’affinité chimique du système vis-àvis de la réaction (6) ? Que se passe-t-il alors ? Quel est l’oxyde stable ?
6. Attribuer une espèce stable à chacun des domaines délimités par les droites du
diagramme tracé à la question 4. Montrer qu’un des oxydes se dismute. Lequel ?
Écrire la réaction de dismutation. Sans calcul, corriger le diagramme dans cette partie
en traçant approximativement une demi-droite supplémentaire et en rayant les parties
devenues inutiles.
7. La réduction d’un minerai contenant l’oxyde WO 3 (s) par le dihydrogène s’opère
généralement vers 750 K. Décrire les différentes étapes du processus. Comment varie le rapport de la pression partielle d’eau à la pression partielle de dihydrogène
au fur et à mesure de l’introduction du dihydrogène (seule une étude qualitative est
demandée).
7.11 Étude thermodynamique de la métallurgie du silicium
(d’après Polytechnique PC 2002) (###)
On se propose d’expliquer les conditions choisies industriellement pour la production
du silicium. Celle-ci met en œuvre la réduction de la silice par le carbone, dans un
four électrique à arc, à une température de l’ordre de 1700 °C.
La difficulté principale tient à ce que l’on doit éviter la formation de carbure de silicium SiC, ce qui conduit à traiter dans le four un mélange dosé de sable (SiO 2 ) et de
coke (carbone).
Données : T fus (Si) = 1410 °C ; T éb (Si) = 2355 °C.
1. Utilisation du diagramme d’ELLINGHAM
1.a Rappeler en quoi consiste l’approximation d’ELLINGHAM.
1.b Considérant le diagramme d’ELLINGAM du silicium et du carbone, représenté
sur la figure 7.19, justifier le choix du carbone comme réducteur. Trouver le domaine
de température utilisable.
1.c Expliquer simplement pourquoi les segments (1) et (2) d’une part, (3) d’autre part
ont des pentes de signe contraire. Interpréter physiquement le changement de pente
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4. Tracer sur un diagramme les droites log(K ◦
T ) = f (1/T ) (log : logarithme décimal)
pour les équilibres (6) à (9).
5. Si on introduit dans un réacteur initialement vide, les oxydes WO 3 (s) et W 10 O 29 (s),
de la vapeur d’eau et du dihydrogène de telle sorte que le produit (ou quotient) de
réaction Π défini par :
Π =
p H 2 O
p H 2
ait constamment une valeur supérieure à celle qu’il doit avoir si l’équilibre (6) est
réalisé à la température T , quel est le signe de l’affinité chimique du système vis-àvis de la réaction (6) ? Que se passe-t-il alors ? Quel est l’oxyde stable ?
6. Attribuer une espèce stable à chacun des domaines délimités par les droites du
diagramme tracé à la question 4. Montrer qu’un des oxydes se dismute. Lequel ?
Écrire la réaction de dismutation. Sans calcul, corriger le diagramme dans cette partie
en traçant approximativement une demi-droite supplémentaire et en rayant les parties
devenues inutiles.
7. La réduction d’un minerai contenant l’oxyde WO 3 (s) par le dihydrogène s’opère
généralement vers 750 K. Décrire les différentes étapes du processus. Comment varie le rapport de la pression partielle d’eau à la pression partielle de dihydrogène
au fur et à mesure de l’introduction du dihydrogène (seule une étude qualitative est
demandée).
7.11 Étude thermodynamique de la métallurgie du silicium
(d’après Polytechnique PC 2002) (###)
On se propose d’expliquer les conditions choisies industriellement pour la production
du silicium. Celle-ci met en œuvre la réduction de la silice par le carbone, dans un
four électrique à arc, à une température de l’ordre de 1700 °C.
La difficulté principale tient à ce que l’on doit éviter la formation de carbure de silicium SiC, ce qui conduit à traiter dans le four un mélange dosé de sable (SiO 2 ) et de
coke (carbone).
Données : T fus (Si) = 1410 °C ; T éb (Si) = 2355 °C.
1. Utilisation du diagramme d’ELLINGHAM
1.a Rappeler en quoi consiste l’approximation d’ELLINGHAM.
1.b Considérant le diagramme d’ELLINGAM du silicium et du carbone, représenté
sur la figure 7.19, justifier le choix du carbone comme réducteur. Trouver le domaine
de température utilisable.
1.c Expliquer simplement pourquoi les segments (1) et (2) d’une part, (3) d’autre part
ont des pentes de signe contraire. Interpréter physiquement le changement de pente