Exercices de chimie des solides
97
4
◦ ) On donne les grandeurs thermodynamiques standards à 298 K :
O2 gaz Cu solide Cu2O solide Ag solide Ag2O solide CuO solide
∆H
◦
f298 (J.mol
−1 )
−163 000
−30 500
−154 660
S
◦
f298 (J.K
−1 .mol
−1 )
205
33,4
93,6
42,6
125
2,6
On donne également l’enthalpie de fusion du cuivre : 12 960 J.mol
−1 à sa
température de fusion (1 083
◦ C).
On enferme, dans un réacteur vidé de son air, une quantité suffisante
d’oxyde cuivrique CuO en excès que l’on porte à 1 100 K. Quelles sont les
valeurs des pressions partielles d’oxygène P O2 correspondant aux divers équilibres que l’on peut envisager ? Lorsque la quantité de CuO de départ est
suffisante, quelles sont les phases solides en présence et quelle est la valeur de
P O2 à l’équilibre ?
On refait l’expérience précédente, en plaçant l’oxyde CuO en excès dans
une nacelle d’argent.
a) L’argent est-il oxydé ?
b) Montrer que la présence d’argent peut permettre à l’équilibre suivant
de se produire :
2 CuO (sp) = 2 Cu(ss dans Ag) + O 2
Pour quelle valeur de l’activité du cuivre la coexistence des trois phases solides
Cu, Cu 2 O et CuO peut-elle être observée ?
1
◦ ) a) Le diagramme Ag-Cu (température-composition) est typiquement
un diagramme à eutectique, déterminé à pression constante (P =
1 atmosphère), que l’on peut décrire de la manière suivante :
• Dans le domaine des hautes températures (T ≥ 1 050 K), on
observe une seule phase liquide (liquide L). La température
minimum à laquelle on observe le liquide est la température
du mélange eutectique E (1 050 K). Le mélange eutectique est
le système biphasé solide dont la fusion donne un liquide de
même composition globale que le solide (ici 40 % en mole de
cuivre). Cette température est la plus basse pour laquelle on
peut observer une phase liquide. La variance est v = C + 2 − ϕ.
Le nombre de constituants indépendants est C = 2 et le nombre
de phases est ϕ = 1. La variance est donc égale à 3 : c’est le
nombre de variables nécessaires pour définir le système. Un
point A du diagramme est défini par la pression (qui est celle
à laquelle le diagramme a été établi), la température T A et la
composition x A .
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◦ ) On donne les grandeurs thermodynamiques standards à 298 K :
O2 gaz Cu solide Cu2O solide Ag solide Ag2O solide CuO solide
∆H
◦
f298 (J.mol
−1 )
−163 000
−30 500
−154 660
S
◦
f298 (J.K
−1 .mol
−1 )
205
33,4
93,6
42,6
125
2,6
On donne également l’enthalpie de fusion du cuivre : 12 960 J.mol
−1 à sa
température de fusion (1 083
◦ C).
On enferme, dans un réacteur vidé de son air, une quantité suffisante
d’oxyde cuivrique CuO en excès que l’on porte à 1 100 K. Quelles sont les
valeurs des pressions partielles d’oxygène P O2 correspondant aux divers équilibres que l’on peut envisager ? Lorsque la quantité de CuO de départ est
suffisante, quelles sont les phases solides en présence et quelle est la valeur de
P O2 à l’équilibre ?
On refait l’expérience précédente, en plaçant l’oxyde CuO en excès dans
une nacelle d’argent.
a) L’argent est-il oxydé ?
b) Montrer que la présence d’argent peut permettre à l’équilibre suivant
de se produire :
2 CuO (sp) = 2 Cu(ss dans Ag) + O 2
Pour quelle valeur de l’activité du cuivre la coexistence des trois phases solides
Cu, Cu 2 O et CuO peut-elle être observée ?
1
◦ ) a) Le diagramme Ag-Cu (température-composition) est typiquement
un diagramme à eutectique, déterminé à pression constante (P =
1 atmosphère), que l’on peut décrire de la manière suivante :
• Dans le domaine des hautes températures (T ≥ 1 050 K), on
observe une seule phase liquide (liquide L). La température
minimum à laquelle on observe le liquide est la température
du mélange eutectique E (1 050 K). Le mélange eutectique est
le système biphasé solide dont la fusion donne un liquide de
même composition globale que le solide (ici 40 % en mole de
cuivre). Cette température est la plus basse pour laquelle on
peut observer une phase liquide. La variance est v = C + 2 − ϕ.
Le nombre de constituants indépendants est C = 2 et le nombre
de phases est ϕ = 1. La variance est donc égale à 3 : c’est le
nombre de variables nécessaires pour définir le système. Un
point A du diagramme est défini par la pression (qui est celle
à laquelle le diagramme a été établi), la température T A et la
composition x A .