Matériaux 1 :

Obtention d’un métal par pyrométallurgie :

diagrammes d’Ellingham

Quelques réponses

1 : Faux, c’est Qr = 1. A priori, K° ≠ 1.

2 : Vrai : on met ΔrG° si on n’affiche que des droites (sans attribution de domaines) et on met RT ln(PO2/P°) si l’on

indique des domaines de stabilité / Faux : ΔrG = ΔrG° + RT ln(Qr) = ΔrG° + RT ln(P°/PO2) = ΔrG° - y → on accède

à la valeur de ΔrG en comparant ΔrG° et y.

3 : Faux : les diagrammes d’Ellingham sont de nature exclusivement thermodynamique. Ils ne fournissent aucune

info cinétique. Une réaction très favorable peut s’avérer bloquée sur le plan cinétique.

4 : Voir cours. Calculer le signe de A en comparant ΔrG° et y = RT ln(PO2/P°). En général, si le métal et l’oxyde

forment des phases condensées pures, la variance vaut 1 : il y a donc rupture d’équilibre et donc disparition

d’une des phases. L’autre seule subsiste.

5 : 1) NO du fer dans Fe : 0, FeO : + II, Fe2O3 : + III et Fe3O4 : « + VIII/3 » (n’existe pas : sur 3 atomes de fer, deux

sont au NO + II et l’autre au NO + III).

2) Voir énoncé exercice 11.

6 : 1) Si Al réduit quantitativement MgO au-delà de 1750 K, alors le domaine de stabilité d’Al est disjoint et en-

dessous de celui de MgO.

Donc au-dessous de la courbe avec C : Al et au-dessus Al2O3.

Au-dessous de la courbe avec A et B : Mg et au-dessus : MgO.

2) A : fusion de Mg ; B : vaporization de Mg ; C : fusion de Al.

7 : Au-dessus, domaine de ZnO et en-dessous celui de Zn.

Pour T < 693 K, ΔrG°(T) = - 696 + 0,201 T (en kJ.mol-1

)

Pour 693 < T < 1180 K, ΔrG°(T) = - 710 + 0,221 T (en kJ.mol-1

)

Pour T > 1180 K, ΔrG°(T) = - -940 + 0,416 T (en kJ.mol-1

)

8 : 1) 2 CO(g) + O2(g) = 2 CO2(g) (1) : ΔrS° < 0 donc pente de ΔrG° > 0 : ΔrG1°

2 C(s) + O2(g) = 2 CO(g) (2) : ΔrS° > 0 donc pente de ΔrG° < 0 : ΔrG2°

Le diagramme présente deux droites qui se croisent en T = 980 K : CO est au-dessus de la droite

décroissante, C est en-dessous de celle-ci. CO2 est au-dessus de la droite ascendante, CO est en-dessous.

On parle de domaine de prédominance pour les deux gaz, mais de domaine d’existence pour C(s).

2) Avant 980 K, CO a deux domaines disjoints. Il est donc instable.

3) Avant 980 K, il faut donc faire un diagramme sans CO : le couple à mettre en jeu est CO2/C d’équation (3) :

C(s) + O2(g) = CO2(g), avec (3) = ½ ((1) + (2)) : ΔrG3° = - 394 – 0,003 T (pente quasi nulle car il y a autant de gaz

des deux côtés de l’égalité). Ce nouveau segment remplace les segments (1) et (2) avant 980 K.

9 : La courbe d’Ellingham du cuivre est au-dessus de celle du fer : le fer est donc un meilleur réducteur ce qui

signifie qu’il est oxydé plus facilement que le cuivre. Ce dernier peut être trouvé à l’état métallique (c’est-à-

dire Cu(s)) dans certains gisements contrairement au fer pour lequel il a fallu mettre au point des techniques

pour transformer le minerai en fer métallique.