[PDF] Séquestration minérale du dioxyde de carbone dans les olivines

View - Download Séquestration minérale du dioxyde de carbone dans les olivines

Previous PDF

Next PDF

Proposition de corrigé parFlorence Edard- Chimie PC - Poitiers

CCP MP 2014

Séquestration minérale du dioxyde de carbone dans les olivinesPartie I : les olivines

Diagramme solide-liquide forstérite-fayalite

I.1.Miscibilité totale à l"état solide de la forstérite et de la fayalite (les fractions molaires en ces

constituants dans la phase solide varient de 0 à 1).

I.2.I: solide;II: liquide + solide;III: liquide

I.3.La fayalite a la température de fusion la plus faible.

I.4.tθ/[◦C]1670

1480premier cristal de solide (xSFa= 0,16)dernière goutte de liquide (xLFa= 0,69)liquide

liquide + solidesolide I.5. Composé Masse molaire Masse Quantité de matière Fraction molaire Mg

2SiO4203,7g·mol-18,55g4,20×10-2mol0,340Fraction molaire en fayalite :xFa= 0,340I.6.Première goutte de liquide en 1520◦C, de compositionxLFa= 0,63.

I.7.En 1640◦C :xLFa= 0,44etxSFa= 0,20

Le théorème des moments chimiques traduisant la conservation de la matière s"écrit : n

L(xLFa-xFa) =nS(xFa-xSFa)

oùxFa= 0,34etn=nL+nS=nMg2SiO4+nFe2SiO4= 1,234×10-1mol n

L=nxFa-xSFax

LFa-xSFa= 7,2×10-2mol

n S =nxLFa-xFax

LFa-xSFa= 5,1×10-2mol

n

LFa=nLxLFa= 3,2×10-2moldoncmLFa= 6,5g

CCP MP 2014 - ChimieProposition de corrigé par Florence Edard2 / 4

Étude cristallographique

I.8.a

1Maille cubique de paramètre de maille

a 1 •ions O2-•ions Mg2+I.9.Plus petite distance entre O2-et Mg 2+: r

Mg2++rO2-= 210pm

a

1= 2(rMg2++rO2-) = 420pm

I.10.C=4×4π(r3

Mg2++r3O2-)3×a31C= 0,70

I.11.a

2Maille cubique de paramètre de maille

a 2 •ions A•ions B•ions XI.12.Dans la maille, il y a •88 = 1ion A •1 ion B •62 = 3ions X ce qui donne la formule ABX

3qui corres-

pond bien à la formule MgSiO

3. Il y a com-

patibilité. I.13. •Tangence entre B et X :a22 =rB+rX •Tangence entre A et X :a2⎷2 2 =rA+rX

I.14.Pour une perovskite parfaite :t=2a2⎷2

2 ⎷2a2= 1 I.15.Si A=Mg2+, B =Si4+et X=O2-, alorst=rMg2++rO2-⎷2(rSi4++rO2-)= 0,82 t?= 1, donc la structure MgSiO4n"est pas parfaite. •Si contact entre Si4+et O2-, alorsa2= 2(rSi4++rO2-) = 362pm ainsi a2⎷2 2 = 256pm> rMg2++rO2-= 210pmdonc non contact entre Mg2+et O2-. •Si contact entre Mg2+et O2-, alorsa2=2⎷2 (rMg2++rO2-) = 297pm ainsi a22 = 148pm< rSi4++rO2-= 181pm, ce n"est pas possible. Si

4+et O2-peuvent donc être en contact et alors il n"y a pas contact entre Mg2+et O2-. D"ailleurst

est inférieur à la valeur dans le cas parfait carrMg2++rO2-est trop faible, le cation Mg2+n"est pas

assez gros. CCP MP 2014 - ChimieProposition de corrigé par Florence Edard3 / 4 Partie II : processus de carbonatation des olivines

Aspect thermodynamique

Mg

2SiO4(s)+2 CO2(g)=2 MgCO3(s)+SiO2(s)

II.1.À 298K:ΔrH◦1=-127kJ·mol-1etΔrS◦1=-348,6J·K-1·mol-1? i(gaz)ν i=-2<0: il y a diminution de la quantité de matière gazeuse, le désordre diminue quand la réaction se fait dans le sens direct, donc l"entropie diminue etΔrS◦1<0. II.2.L"approximation d"Ellingham consiste pour une réaction entre constituants physico-chimiques

déterminés (pas de changement de phase) à considérer que les enthalpie et entropie standard de

réaction ne varient pas avec la température.

Ceci est possible si?

iν iC◦piest suffisamment proche de 0 pour que? T2 T 1? iν iC◦pidT?ΔrH◦T 1 où[T1,T2]est l"intervalle de température considéré. rG◦1/[kJ·mol-1] =-127 + 348,6×10-3T, avecTen K. II.3.Les activités des solides purs sont égales à 1. A

1=-ΔrG◦1(T) + 2RTlnPCO2P

II.4.La réaction (1) est thermodynamiquement possible siA1>0, c"est-à-dire T < -ΔrH◦1-ΔrS◦1-2RlnPCO2P

◦doncT <253KAltération chimique de la forstérite et contrôle du dioxyde de carbone atmosphérique

II.5.pH

6,410,3CO

2(aq)HCO

3CO 2-

3II.6.Le quotient réactionnel associé à la réaction de constante d"équilibreKestQ=[CO2(aq)]P◦c

◦PCO2 À l"équilibre :K=Qdonc[CO2(aq)] =K PCO2c◦P SiPCO2= 1,0×10-4baralors[CO2(aq)] = 2,4×10-6mol·L-1: la concentration en CO2(aq) est constante à température et pression partielle en CO

2fixées.

II.7.Réaction prépondérante : CO2(aq)+2 H2O=HCO-

3+H3O+

avecKA1=[HCO-

3][H3O+][CO

2(aq)]c◦et[CO2(aq)] = 2,4×10-6mol·L-1

Ainsi[HCO-

3] = [H3O+], doncpH =12

pKA1-log[CO2(aq)]c c"est-à-direpH = 6,01Le milieu est bien acide. II.8.(2) Mg2SiO4(s)+4 CO2(g)+4 H2O(l)=H4SiO4(aq)+4 HCO-

3+2 Mg2+

CO

2est consommé pour donner des formes solubles, le dioxyde de carbone de l"atmosphère est donc

" pompé » et entraîné par les eaux par dissolution de la forstérite.

II.9.MgCO3(s)=Mg2++CO2-

3de constanteKs

II.10.Si on néglige les propriétés acido-basiques, la réaction de dissolution est MgCO

3(s)=Mg2++CO2-

3Doncs1= [CO2-

3] = [Mg2+]ainsiKs=s21d"oùs1= 1,9×10-4mol·L-1

La réaction entre H

2O et CO2-

3a été négligée, vérifions si c"est possible.

CO 2-

3+H2O=HCO-

3+HO-est négligeable si[HCO-

3] = [HO-]?[CO2-

3] Or KeK

A2=[HCO-

3][HO-][CO

2- 3] CCP MP 2014 - ChimieProposition de corrigé par Florence Edard4 / 4

D"où[HCO-

3] = [HO-] =?K

es1K

A2= 1,9×10-4mol·L-1, d"oùpH = 10,3.

On n"a pas[HCO-

3]?[CO2-

3]donc on ne peut pas négliger la basicité de CO2-

3... II.11.Réaction prépondérante : MgCO3(s)+H2O=Mg2++HCO- 3+HO- de constanteK◦=KsKeK

A2= 7,0×10-12

s

2= [HO-] = [HCO-

3] = [Mg2+] =3?K

sKeK A2 s

2= 1,9×10-4mol·L-1etpH = 10,3Or on a négligé CO

2-

3par rapport à HCO-

3, ce qui n"est pas possible à ce pH... Le calcul n"est pas

validé!

Calcul non demandé de la solubilité

En considérant les 2 réactions précédentes, on a :s= [Mg2+] = [CO2-3] + [HCO-3]et[HO-] = [HCO-3]

D"autre part :Ks= [Mg2+][CO2-3]etKeK

A2=[HO-][HCO-3][CO

2-3] ainsis=Kss +?K eKssK A2 La résolution numérique conduit às= 2,8×10-4mol·L-1etpH = 10,2.

II.12.La base CO2-

3(sous forme de MgCO3(s)) et l"acide CO2+H2O réagissent pour donner leur

acide et base conjugués respectifs HCO

3selon la réaction :

(3) MgCO

3(s)+CO2(aq)+H2O=Mg2++2 HCO-

3

II.13.K3=KsKA1K

A2= 2,8×10-4

II.14.s3= [Mg2+] =[HCO-

3]2 etK3=s3(2s3)2[CO

2(aq)]

D"oùs3=3?[CO

2(aq)]K34

avec[CO2(aq)] =KPCO2P ◦= 2,4×10-2mol·L-1

doncs3= 1,2×10-2mol·L-1Cette valeur de la solubilité est beaucoup plus élevée que les valeurs trouvées précédemment (va-

leurs non validées mais proches de la valeur réelle) ce qui montre que les réactions précédentes sont

négligeables par rapport à (3), le calcul est validé.

II.15.Faisons le bilan des deux réactions :

(2) Mg

2SiO4(s) + 4 CO2(g) + 4 H2O(l)= H4SiO4(aq) + 4 HCO-

3+ 2 Mg2+

(-3) Mg2++ 2 HCO-

3= MgCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)2 H

2O(l) + 2 CO2(g) + Mg2SiO4(s)= 2 MgCO3(s) + H4SiO4(aq)

Il y a bien globalement consommation de CO

2, l"objectif est atteint si la réaction se fait globalement

dans le sens direct.quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35

[PDF] ccp tsi 2013 physique corrigé

[PDF] ccp chimie 1 pc 2013 corrigé

[PDF] ccp anglais rapport

[PDF] oral langue ccp

[PDF] colle anglais prépa méthode

[PDF] corrigé ccp 2014 physique 2

[PDF] sujet concours pc thermodynamique

[PDF] thermodynamique dans un réacteur ? eau pressurisée corrigé

[PDF] centrale pc 2008 physique 2 corrigé

[PDF] etude de la turbine dun réacteur ? eau pressurisée

[PDF] ccp pc 2010 physique 1 corrigé

[PDF] cd2 math secondaire 2

[PDF] mathématique secondaire 2 notes de cours

[PDF] rapport de stage al barid bank pdf

[PDF] cdg maroc filiales