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III. Problème à résoudre : Du minerai de bauxite à l’aluminium
L'oxyde de fer (III) ou hématite, Fe2O3(s), ne réagit pas avec l'hydroxyde de sodium, Na+(aq) + HO-(aq), alors que
l'oxyde d'aluminium (III) ou alumine, Al2O3(s), réagit avec l'hydroxyde de sodium pour donner le
tétrahydroxoaluminate de sodium, Na+(aq) + [Al(OH)4]-(aq).
Une solution de tétrahydroxoaluminate de sodium traitée par une solution concentrée d'acide chlorhydrique, H+ (aq)
+ Cl-(aq), donne un précipité blanc d'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3(s).
Une fois isolé, ce précipité peut être déshydraté par chauffage. On obtient alors de l'alumine pure.
Dans l'industrie, l'alumine est fondue, puis électrolysée pour donner le métal aluminium.
La bauxite est le minerai naturel d'aluminium. Le minerai de bauxite considéré renferme en masse 58,3 %
d'alumine, Al2O3(s), 20,1 % d'oxyde de fer (III), Fe2O3, et 21,6 % d'impuretés, principalement de la silice, SiO2.
Les impuretés présentes dans cette bauxite ne réagissent pas avec l'hydroxyde de sodium.
Proposer un protocole décrivant les diverses étapes de l'extraction de l'alumine contenue dans cette bauxite. On
écrira les équations de toutes les réactions envisagées et on déterminera la masse minimale d'hydroxyde de sodium
solide, NaOH(s), nécessaire à l'extraction de l'alumine présente dans une masse m =1,00 103 kg de bauxite.
Données : M(Na) = 23,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(Al) = 27,0 g.mol-1
IV. Aluminothermie
Pour réaliser la soudure mue pièces métalliques, par exemple entre rails de chemin de fer, on emploie une
technique de production du fer appelée aluminothermie. Cette méthode repose sur la réaction très exothermique de
la réduction de l'hématite Fe2O3 (s) par l'aluminium en poudre. On peut trouver de nombreuses vidéos montrant ce
procédé sur Internet : Soudure des rails LGV Rhin Rhône RFF
1) La première phase de l’aluminothermie consiste à allumer une mèche constituée de
magnésium (amorçage).
À quoi peut servir cette première phase lors de l'aluminothermie ?
2) Écrire l'équation de sa réaction qui se déroule dans le milieu réactionnel après
l'amorçage, sachant que l'aluminium s'oxyde en alumine, de formule Al2O3 (s)
(constituant les fumées banches observées au cours de la réaction),
3) Quelle température est nécessairement atteinte lors d'une aluminothermie ? En quoi ce
facteur est-il important en vue d'effectuer une soudure ?
4) d. Pourquoi l'aluminothermie ne peut-elle pas être utilisée en vue d'obtenir du fer en
grande quantité ?
Données : fus(Al) = 660°C ; (Fe) = 1 538°C