Exercices sur l'élaboration industrielle du zinc - correction, Exercices de Biochimie. Université Bordeaux I
Renee88
Renee8823 April 2014

Exercices sur l'élaboration industrielle du zinc - correction, Exercices de Biochimie. Université Bordeaux I

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Exercices de chimie sur l'élaboration industrielle du zinc- correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Grillage de la blende, Obtention du zinc par hydrométallurgie de la calcine, Cémentation.
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Exercice 3 élaboration industrielle du zinc 4 pts

Antilles 09/2008

EXERCICE III. ÉLABORATION INDUSTRIELLE DU ZINC (4 points)

1. Grillage de la blende

2 ZnS(s) + 3 O2(g) = 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

D’après l’équation chimique 2

ZnSn conso =

2

ZnOn produite, donc nZnSconso = nZnOproduite

ZnS ZnO

ZnS ZnO

m m

M M

(0,25pt) mZnS = .ZnO ZnS ZnO

m M

M

mZnS = 3 31,0 10 10

(65,4 32,1) (65,4 16,0)

   

(0,25pt) mZnS = 1,2106 g = 1,2103 kg

2. Obtention du zinc par hydrométallurgie de la calcine

2.1. Lixiviation et élimination des ions fer (III)

2.1.1. Zn2+(aq) + 2 HO–(aq) = Zn(OH)2(s)

(0,25pt) K = 2

2

( ) ( )

1

.aq aqéq éq Zn HO       

2.1.2. 2

( ) 2

( )

1

. aq éq

aq éq

HO Zn K

       

(0,125) ( ) 2 ( )

1

. aq éq

aq éq

HO Zn K

       

(on ne retient que la solution de valeur positive)

(0,125) [HO–(aq)]éq = 17

1

2,3 10 = 2,110–9 mol.L-1

on conserve 2 chiffres malgré le manque de précision sur la valeur de K

2.1.3.(0,25) Ke = [HO–(aq)]éq .[H3O+]éq

[H3O+]éq =

( )

e

aq éq

K

HO  

(0,125) pH = –log[H3O+]éq

(0,125) pH = – log

( )

e

aq éq

K

HO  

= –log Ke + log [HO–(aq)]éq

pH = –log(1,010–14) + log(2,110–9) calcul effectué avec la valeur non arrondie de [HO–(aq)]éq

(0,25)pH = 5,3 pour lequel Zn(HO)2(s) commence à précipiter.

2.1.4.(0,25)

2.1.5.

(0,25)

Il faut une valeur du pH pour laquelle Zn(HO)2 n’est pas encore présent, mais pour laquelle Fe(HO)3 est

présent. Ainsi par décantation, on élimine Fe(HO)3 tandis que les ions Zn2+ restent en solution.

On peut choisir comme intervalle 2,0 < pH < 5,3, mais il est préférable de choisir 2,5 < pH < 4,8 pour être

sûr que tout Fe(HO)3 a précipité et que Zn(HO)2 n’a pas du tout précipité.

pH

14,0 0 5,3

Zn(HO)2(s) présent

pH

14,0 0 2,0

Fe(HO)3(s) présent

2.2. Cémentation

2.2.1.(0,125) Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq)

(0,125) Couples oxydant/réducteur mis en jeu : Cu2+(aq)/Cu(s) et Zn2+(aq)/Zn(s)

2.2.2.(0,125) On procède à une filtration qui retient le métal cuivre déposé sur la poudre de zinc.

2.3. Électrolyse

2.3.1.(0,25) Les cations Zn2+ subissent une réduction, qui se produit à la cathode où se dépose le zinc

métallique.

2.3.2.(0,125) Q = ne-.F

(0,25) D’après l’équation de réduction des ions Zn2+, on a 2 2

e

Zn

n n conso

  donc ne- = 2 2Znn conso .

Q = 2 2Znn conso .F

(0,125) Exprimons 2Znn conso :

2Zn n conso = 2 2Zn Znn initiale n finale 

2Zn n conso = [Zn

2+(aq)]i.V – [Zn2+(aq)]f.V

2Zn n conso = ([Zn

2+(aq)]i – [Zn2+(aq)]f).V

Q = 2([Zn2+(aq)]i – [Zn2+(aq)]f).V.F

D’autre part Q = I.t

donc 2([Zn2+(aq)]i – [Zn2+(aq)]f).V.F = I.t

(0,125) t =  2 2( ) ( )2 . .aq aqi iZn Zn V F

I

       

(0,25) t =   3 4

5

2 2,3 0,76 1,0 10 9,65 10

1,0 10

     

 = 3,0103 s

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