Juin 2003

~.UNIVERSITE HENRI POINCARE NANCY 1FACULTE DES SCIENCESSUJET D'EXAMENDiplôme: Licence de ChimieOption: Chimie InorganiqueSession: Juin 2003Date: Juin 2003Horaire:Durée du sujet: 2hNom du rédacteurVANGELISTI RenéDocuments non autorisésCalculatrices autoriséesCe sujet d'examen comporte deux parties présentées au recto et au verso de ce document.Partie 1: Métallurgiedu TitaneOn précise ci-dessous les données thermodynamiques utilisables dans ce problème:298K TiO')(., TiCI"1\ COr", NaCl,., MgCI')(.,Hr° (Id.mo}"l) -945,1 -804,5 -110,5 -411,2 -641,6SO(J.KI.mol-l) 50,3 252,4 197,6 72,4 89,7298KSO (J.KI.mo}"l)R=8,32J.KI.mol-1Le minerai le plus utilisé pour la métallurgie du titane est l'ilménite. En réalité, la matièrepremière à la base du procédé industriel est le dioxyde de titane généralement obtenu par attaque duminerai à l'acide sulfurique concentré et chaud.a) décrire le protocole réactionnel correspondant aux étapes principales de l'attaque acide.b) si l'on considère les grandeurs enthalpiques et entropiques constantes en fonction de latempérature, calculer la température p'inversion de la réaction de formation de TiO2(s)à partir de seséléments. Qu'en déduisez-vous quant à sa stabilité et donc son aptitude à être réduit?c) déterminer par simple lecture du diagramme d'Ellingham le domaine de température où lecarbone solide pourrait réduire le dioxyde de titane. Est-ce envisageable?d) l'étape de carbochloration utilisée dans le procédé industriel pour transformer TiO2(s)enTiCI4(I)est totale dès 298K. Confirmer ce fait en calculant la valeur de ~(298K).e) si on ne tient pas compte des transformations d'état susceptibles d'apparaître dansl'intervalle de température 300K-1500K et en admettant les approximations d'Ellingham, établir lesfonctions enthalpies libres standards des réactions de formation des chlorures TiCI4(1)'MgCI2(s)etNaCI(s)mettant en jeu une mole de dichlore CI2(g).f) présenter dans un tableau les valeurs des fonctions ~ G;(T) calculées à 300K, 900K et1500K.g) justifier par le tracé des courbes ~ G;(T) des fonctions précédentes que la réduction dutétrachlorure de titane par le magnésium ou le sodium métallique est possible dans tout l'intervallede température 300K-1500K.h) en milieu industriel, les métallothermies sont réalisées en réacteur acier obligatoirementsous argon (procédé Hunter et procédé Kroll). Après refroidissement et broyage, le mélange estpurifié par attaque à HCI dilué. Commenter en vous appuyant sur les données suivantes.