Exercice 3 élaboration industrielle du zinc 4 pts

Antilles 09/2008 Correction ©
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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 [pic]conso = [pic]produite, donc nZnSconso =
nZnOproduite
[pic]
(0,25pt) mZnS = [pic]
mZnS = [pic]
(0,25pt) mZnS = 1,2(106 g = 1,2(103 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 = [pic]
2.1.2. [pic]
(0,125) [pic] (on ne retient que la solution de valeur positive)
(0,125) [HO-(aq)]éq = [pic] = 2,1(10-9 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 = [pic]
(0,125) pH = -log[H3O+]éq
(0,125) pH = - log [pic] = -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.
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 [pic] donc ne- =
2[pic].
Q = 2[pic].F

(0,125) Exprimons [pic] :
[pic] = [pic]
[pic] = [Zn2+(aq)]i.V - [Zn2+(aq)]f.V
[pic] = ([Zn2+(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 = [pic]
(0,25) (t = [pic] = 3,0(103 s
-----------------------
pH

14,0

0

5,3

Zn(HO)2(s) présent

Fe(HO)3(s) présent

2,0

0

14,0

pH