PSI Lycée CONDORCET BELFORT
DIAGRAMMES D’ELLINGHAM - EXERCICES
1. Fusion de l'argent récupéré ( CCP MP 01 )
L'argent récupéré dans les films photographiques est sous forme divisée. Pour obtenir un lingot, on envisage une
fusion. Il s'agit de savoir s'il faut prendre des précautions lors de la montée en température (pas de contact avec de
l'oxygène ou de l’air).
a) Ecrire pour une mole de O2 les réactions d'oxydation de l'argent : Ag2O/Ag , Ag2O2/Ag2O , Ag2O3/ Ag2O2.
b) Etablir les expressions numériques de l'enthalpie libre des réactions en fonction de la température selon les
approximations d'Ellingham.
c) Tracer le diagramme d'Ellingham dans le domaine de température de 0 à 600 K (graduations 1 cm pour 50 K et 1
cm pour 20 kJ). Préciser les domaines d'existence de chaque espèce. Commenter.
d) Calculer la température d'équilibre pour Ag2O/Ag dans de l'oxygène pur à P = 1 bar.
e) Calculer la température d'équilibre pour Ag2O/Ag dans de l'air à P = 1 bar (1/5 oxygène, 4/5 azote).
f) Conclure.
Données à T = 298 K ; R = 8,32 J. K-1.mol-1
2. Métallurgie du zinc par voie sèche :
Cette métallurgie est basée sur la réaction suivante :
ZnO + CO CO2 + Zn
Le zinc peut être obtenu solide, liquide ou vapeur selon la température.
a) Tracer le diagramme d’Ellingham pour Zn et CO entre 300 et 2000 K.
b) A partir de quelle température la réduction de ZnO par CO est-elle possible dans les conditions standard
? Dans quel état physique se trouve le zinc ?
c) Quelle est la variance du système ? Conséquence ?
d) Dans l’industrie, la réduction de ZnO se fait à 1300 K sous une pression totale de 1 bar. calculer
l’enthalpie libre standard de réaction à cette température. Quel est le rapport minimal des pressions
partielles PCO/PCO2 nécessaire pour déplacer la réaction dans le sens (1) si l’on désire une pression de
vapeur de zinc égale à PZn = 0,5 bar ?
Données (en kJ.mol-1 ) : 2Zn(s) + O2(g) 2ZnO(s) rG1° = -696 +0,201.T
2Zn(l) + O2(g) 2ZnO(s) rG2° = -709 +0,220.T
2Zn(g) + O2(g) 2ZnO(s) rG3° = -939 +0,415.T
2CO(g) + O2(g) 2 CO2 (g) rG4° = -566 +0,174.T
Tfus(Zn) = 693 K ; Tvap( Zn ) = 1180 K.
3. Oxydation du carbone :
On donne, à T = 298 K ( cf ci-contre ) :
a) L'oxydation du carbone donne deux oxydes gazeux
CO et CO2 ; écrire les réactions d'oxydation de C en
CO, puis de CO en CO2 ( rapportées à une mole de
O2 ) et calculer leurs enthalpies libres standard dans
l’approximation d’Ellingham.
b) Construire le diagramme d’Ellingham. Montrer que,
dans un certain domaine de température, le monoxyde de carbone peut se dismuter. Ecrire la réaction de
dismutation et calculer son enthalpie libre standard. En déduire le domaine de prédominance de CO, puis
de C et CO2.
c) Déduire du diagramme l'oxyde que l'on obtient par oxydation du carbone, suivant la température T.