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K.HEDUIT - ETSCO Angers1 Température de fusion T f (Zn)= 420°C (693 K) Température débullition T e (Zn)= 907°C (1180 K) Température de fusion T f (ZnO)=1975°C.

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1 K.HEDUIT - ETSCO Angers1 Température de fusion T f (Zn)= 420°C (693 K) Température débullition T e (Zn)= 907°C (1180 K) Température de fusion T f (ZnO)=1975°C (2248 K) DIAGRAMME ELLINGHAM DES OXYDES DE ZINC ET CO ENTRE 300 K ET 2000 K 1- Espèces mises en jeu: Oxyde de zinc: ZnO Zn (solide) ZnO (solide) O2O2 C (graphite)CO (gaz) f H°(298 K) (kJ.mol -1 ) -348,3-110,5 S°(298 K) (J.mol -1.K -1 )41,643,62055,7197,6 fus H°(Zn) = 6,7 kJ.mol -1 vap H°(Zn) = 114,8 kJ.mol -1 Données: ZnO (solide) 300 K K ZnZn (solide) 300 K K Zn (liquide) 693 K K Zn (gaz) 1180 K K 2- « Couples » mis en jeu:ZnO (solide) / Zn (solide) 300 K K 693 K K ZnO (solide) / Zn (liquide) 1180 K KZnO (solide) / Zn (gaz)

2 K.HEDUIT - ETSCO Angers2 Zn (solide) ZnO (solide) O2O2 C (graphite)CO (gaz) f H°(298 K) (kJ.mol -1 ) -348,3-110,5 S°(298 K) (J.mol -1.K -1 )41,643,62055,7197,6 fus H°(Zn) = 6,7 kJ.mol -1 vap H°(Zn) = 114,8 kJ.mol -1 Données: Oxyde de zinc: ZnO (solide) / Zn (solide) 300 K K 3- Expressions de R G° dans chaque intervalle : a - Équation de formation de loxyde: Zn (solide) + O 2 = ZnO (solide) 22 (réaction (1)) b – Calcul de R H°(1) : R H°(1) = 2 f H°(ZnO) = 2 x (-348,3) = -696,6 kJ c – Calcul de R S°(1) : R S°(1) = 2 S°(ZnO) – 2S°(Zn s ) – S°(O 2 ) = 2 x 43,6 – 2 x 41, = -201 J.K -1 d – Expression de R G°(1) : R G°(1) = R H°(1) - T R S°(1) R G°(1) = -696,6 + T x 0,201 kJ Par définition R G° = R H° - T R S° e – Calcul de R G°(1) à chaque borne: Si T = 300 K R G°(1) = kJ Si T = 693 K R G°(1) = kJ a - Équation de formation de loxyde:

3 K.HEDUIT - ETSCO Angers3 Zn (solide) ZnO (solide) O2O2 C (graphite)CO (gaz) f H°(298 K) (kJ.mol -1 ) -348,3-110,5 S°(298 K) (J.mol -1.K -1 )41,643,62055,7197,6 fus H°(Zn) = 6,7 kJ.mol -1 vap H°(Zn) = 114,8 kJ.mol -1 Données: ZnO (solide) / Zn (liquide) 693 K K a - Équation de formation de loxyde:Zn (liquide) + O 2 = ZnO (solide) 22 (réaction (1)) b – Calcul de R H°(1) : R H°(1) = -2 fus H°(Zn) + R H°(1) = - 2 x 6, ,6= -710 kJ c – Calcul de R S°(1) : R S°(1) = -2 fus H°(Zn) + R S°(1) = -2 x 6, = -220 J.K -1 d – Expression de R G°(1) : R G°(1) = R H°(1) - T R S°(1) R G°(1) = T x 0,220 kJ e – Calcul de R G°(1) à chaque borne: Si T = 693 K R G°(1) = kJ Si T = 1180 K R G°(1) = kJ R H°(1)? 2 Zn (solide) + O 2 R H°(1) = 2 ZnO (solide) -2 fus H°(Zn) R H°(1) R S°(1)? R S°(1) / T fusion 693 R G°(1)

4 K.HEDUIT - ETSCO Angers4 Zn (solide) ZnO (solide) O2O2 C (graphite)CO (gaz) f H°(298 K) (kJ.mol -1 ) -348,3-110,5 S°(298 K) (J.mol -1.K -1 )41,643,62055,7197,6 fus H°(Zn) = 6,7 kJ.mol -1 vap H°(Zn) = 114,8 kJ.mol -1 Données: ZnO (solide) / Zn (gaz) 1180 K K a - Équation de formation de loxyde:Zn (gaz) + O 2 = ZnO (solide) 22 (réaction (1)) b – Calcul de R H°(1) : R H°(1) = -2 vap H°(Zn) + R H°(1) = - 2 x 114, = -939,6 kJ c – Calcul de R S°(1) : R S°(1)= -2 vap H°(Zn) + R S°(1) = -2 x 114, = -414,6J.K -1 d – Expression de R G°(1) : R G°(1) = R H°(1) - T R S°(1) R G°(1) = -939,6 + T x 0,415 kJ e – Calcul de R G°(1) à chaque borne: Si T = 1180 K R G°(1) = kJ Si T = 2000 K R G°(1) = kJ R H°(1)? 2 Zn (liquide) + O 2 R H°(1) = 2 ZnO (solide) -2 vap H°(Zn) R H°(1) R S°(1)? R S°(1) / T vap 1180 R G°(1)

5 K.HEDUIT - ETSCO Angers5 DIAGRAMME ELLINGHAM DES OXYDES DE ZINC ET CO ENTRE 300 K ET 2000 K 1- Espèces mises en jeu: Monoxyde de carbone: CO Zn (solide) ZnO (solide) O2O2 C (graphite)CO (gaz) f H°(298 K) (kJ.mol -1 ) -348,3-110,5 S°(298 K) (J.mol -1.K -1 )41,643,62055,7197,6 Données: CO (gaz) 300 K K CC (solide) 300 K K 2- « Couples » mis en jeu: CO (gaz) / C (solide) 300 K K 3- Expression de R G° : a - Équation de formation de loxyde: b – Calcul de R H°(2) : c – Calcul de R S°(2) : d – Expression de R G°(2) : e – Calcul de R G°(2) à chaque borne: C (solide) + O 2 = CO (gaz) 2 (réaction (2)) R H°(2) = 2 f H°(CO) = 2 x (-110,5)= -221 kJ R S°(2) = 2 S°(CO) – 2S°(C s ) – S°(O 2 ) = 2 x 197,6 – 2 x 5, = 178,8 J.K -1 R G°(2) = R H°(2) - T R S°(2) R G°(2) = T x 0,179 kJ Si T = 300 K R G°(2) = kJ Si T = 2000 K R G°(2) = kJ 2

6 K.HEDUIT - ETSCO Angers6 -274,7 -636,3 rG°(ZnO) (kJ) rG°(CO) (kJ) T(en K) DIAGRAMME ELLINGHAM DES OXYDES DE ZINC ET CO ENTRE 300 K ET 2000 K 4- Tableau récapitulatif: -557,3 -449, ,6 CO(g) C(s) ZnO(s) Zn (s) Zn (l) Zn (g) Fusion Vaporisation T fusion = 693K T vap = 1180K R G°(1) = -696,6 + T x 0,201 kJ R G°(1) = T x 0,220 kJ R G°(1) = -939,6 + T x 0,415 kJ R G°(2) = T x 0,179 kJ ZnO/ Zn CO/ C

7 K.HEDUIT - ETSCO Angers7 ZnO = 2 Zn + O 2 2 (gaz) Application: DIAGRAMME ELLINGHAM DES OXYDES DE ZINC ET CO ENTRE 300 K ET 2000 K Équation de réaction:C (solide) + O 2 = CO (gaz) 22 R G°(2) R G° (1) 2 C (solide) + 2 ZnO = 2 CO (gaz) + 2 Zn (gaz) R G° On a alors: R G° = R G°(2) R G°(1) = T x 0,179(-939,6 + T x 0,415) - Soit: R G° = 718,6 -0,594 T kJ A T = 1273 K: R G° = 718,6 -0,594 x 1273 = - 37,56 kJ Par définition: R G° = - RT ln K° T Doù: a- Déterminer la valeur de la constante déquilibre correspondant à la réaction entre C et ZnO à 1000°C (1273 K). Conclusion. A.N.: = 34,8 Conclusion: R G° < 0 : Réaction spontanée faible : proche de léquilibre Calcul de la température dinversion: Quand T = T inversion : R G° = 0 R G°(2) = R G°(1) On obtient:T inv = 1210 K C(s) CO(g) C(s) ZnO(s) Zn (s) Zn (l) Zn (g) ZnO(s) T inv

8 K.HEDUIT - ETSCO Angers8 b- Dans une enceinte de volume invariable dans laquelle on fait préalablement le vide, on introduit du carbone et de loxyde de zinc en quantités suffisantes pour quà léquilibre ces deux espèces soient encore présentes. Lenceinte est thermostatée et la température déquilibre est fixée à 1000°C. - Quelles seront les pressions partielles de zinc, de monoxyde de carbone à léquilibre ? - Quelle sera la pression totale à léquilibre? DIAGRAMME ELLINGHAM DES OXYDES DE ZINC ET CO ENTRE 300 K ET 2000 K 2 C (solide) + 2 ZnO (solide) = 2 CO (gaz) + 2 Zn (gaz) K° 1273 = 34,8 t =0ab t a -2 b n total (g) 4 Expression de K°: = P 2 (Zn) x P 2 (CO) x KPKP On sait que: Doù:etsoit: P co = P Zn = ½ P t K°= P 4 Zn x P Zn = P Zn = P CO = 2,43 bar P t = 2 P CO = 4,86 bar

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