Correction : corrosion des gouttières

Correction : corrosion des gouttières
1. Suivi cinétique de la transformation 1.1
| | Zn (s) + 2 H3O+ = |
| |Zn2+ (aq) + H2 (g) + 2 H2O ([pic]) |
|état du |Avanct |Quantités de matière (mol) |
|système |(mol) | |
|état initial |0 |n(Zn)i |n(H3O+)i |0 |0 |en excès |
| | |= 7,6.10-3 |= 3,0.10-2 | | | |
|état en cours |x |n(Zn)i - x |n(H3O+)i - 2x |x |x |en excès |
|de | |= 7,6.10-3 - x|= 3,0.10-2 - 2x| | | |
|transformation| | | | | | |
|état final |xmax |n(Zn)i - xmax |n(H3O+)i - |xmax |xmax |en excès |
| | |= 7,6.10-3 - |2xmax | | | |
| | |xmax |= 3,0.10-2 - | | | |
| | | |2xmax | | | | 1.2 n(Zn)i =[pic]= [pic] = 7,6(10-3 mol
n(H3O+)i = C[pic]V = 0,40 [pic] 75,0.10-3 = 3,0.10-2 mol recherche de l'avancement maximal : à l'instant t la quantité de matière de
réactifs est positive ou nulle. 7,6.10-3 - x ( 0 et 3,0.10-3 ( 0
x ( 7,6.10-3 et x ( 1,5.10-2
d'où x ( 7,6.10-3 xmax = 7,6.10-3 mol à l'état final : n(Zn)f = 0 n(H3O+)f = 3,0.10-2 - (2 [pic] 7,6.10-3)
= 1,48.10-2 mol Le zinc constitue donc le réactif limitant. 1.3.1 (P - Pi).Vgaz = n(H2).R.T d'où n(H2) = [pic]
or, à l'instant t : n(H2) = x et donc x = [pic] 1.3.2 Pour P = Pmax alors x = xmax = [pic] x peut s'écrire : x = [pic]
c'est-à-dire x = xmax . [pic] 1.3.3 Pour t ( 200min x = xmax ? 7,6 mmol ce qui correspond à la
valeur obtenue précédemment. 1.3.4 D'après le tableau, pour t = 50,0 min P = 1452 hPa et d'autre
part Pmax = 1757 hPa. Comme Pi = 1020 hPa on en déduit x = xmax . [pic]=
7,6(10-3 ( [pic]
x = 4,5(10-3 mol vérification :
[pic] 1.4 v = [pic] Le volume V de la solution étant constant, la vitesse
volumique de réaction est proportionnelle à [pic]. Or, [pic] représente le
coefficient directeur de la tangente (ou pente) à la courbe représentative
de x = f(t) à la date t. La courbe montre que cette pente est maximale à t = 0, diminue puis
s'annule vers t = 200 min. Il en est donc de même de la vitesse de la
réaction. 2. Facteurs cinétiques
2.1 Influence de la concentration en ion oxonium n0(Zn) = [pic] mol
expérience 1 : n0(H3O+) = [H3O+]0 [pic] V = 7,5.10-3 [pic] 0,5 = 3,8.10-2
mol
expérience 2 : n0(H3O+) = [H3O+]0 [pic] V = 7,5.10-3 [pic] 0,25 = 1,9.10-2
mol
expérience 3 : n0(H3O+) = [H3O+]0 [pic] V = 7,5.10-3 [pic] 0,4 = 2,8.10-2
mol Pour les trois expériences : n0(Zn) < [pic]
Le zinc est donc en défaut et comme la réaction est supposée totale, il va
réagir complètement dans les trois cas. L'état final sera le même mais la
concentration étant un facteur cinétique, il sera atteint plus rapidement
dans l'expérience 1 que dans la trois et la 2. Donc : courbe a ( expérience 1
courbe b ( expérience 3
courbe c ( expérience 2 2.2 Influence de la forme du zinc (division et état de surface) 2.2.1 L'état final est atteint plus rapidement dans l'expérience 4 que
dans l'expérience 5, c'est-à-dire avec du zinc en poudre plutôt qu'avec de
la grenaille de zinc. La vitesse de la réaction est donc plus grande dans
le premier cas.
Ceci est dû au fait que le zinc en poudre est dans un état plus divisé que
lorsqu'il est sous forme de grenaille. Il présente une surface de contact
avec la solution plus importante, pour une même masse de zinc. 2.2.2 L'expérience 6 montre que l'avancement augmente très lentement. La
réaction entre le zinc et la solution d'acide se produit donc très
lentement. La couche de carbonate de zinc protège le métal de l'attaque
acide. 3. Pluies acides et gouttières 3.1
[H3O+] = 10-pH [H3O+] = 10-5 mol.L-1 3.2
. Les gouttières en zinc se recouvrent en milieu humide d'une couche de
carbonate de zinc. Celle-ci diminue la surface de contact zinc-pluies
acides et par conséquent la vitesse de la réaction.
. Les pluies acides étant peu concentrées, la vitesse de la réaction est
lente.
. Par rapport à de la poudre, la gouttière en zinc offre une surface de
contact plus faible.
Tout ceci permet d'expliquer la longévité des gouttières en zinc dans les
habitations.