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Problème: Fonctionnement d'un haut fourneau
Bonjour,
Voilà j'ai un exercie de chimie à faire et après deux heures de réflexion je n'ai pas beaucoup avancé! =$ C'est pour ça que j'ai besoin de votre aide afin que vous me fassiez voir ce que je n'ai pas vu...
Enoncé:
Le principal minerai de fer est l'hématite ou oxyde de fer (III), Fe2O3(s). sa réduction par le monoxyde de carbone, CO(g), permet d'obtenir en trois étapes, le fer ou ses alliages, l'acier et la fonte.
Le carbone réagit avec le dioxygène pour donner, dans une première réaction, du dioxyde de carbone, CO2(g), qui, dans une seconde réaction, donne du monoxyde de carbone, CO(g), en réagissant avec du carbone solide, C(s). A la température du haut-fourneau, l'excès de carbone permet la conversion de la totalité du dioxyde de carbone en monoxyde de carbone.
Le monoxyde de carbone produit réduit les oxydes de fer; on observe alors:
-pour 320°C<t<620°C, l'hématite, Fe2O3(s), est réduite en magnétite,Fe3O4(s);
-pour 620°C<t<950°C, la magnétite, Fe3O4(s), est réduite en wüstite, FeO(s);
-pour t>950°C, la wüstite, FeO(s), est réduite en fer, Fe(s).
Au cours de ces réactions, le monoxyde de carbone, CO(g), est oxydé en dioxyde de carbone, CO2(g).
Un haut-fourneau reçoit un minerai qui contient en masse 64% d'hématite. Ce minerai est réduit pour produire du fer supposé pur.
Problème:
Quelle masse minimale de carbone est nécessaire à l'extraction du fer présent dans une masse m= 1000kg de minerai?
A présent voilà ce que j'ai réussi à faire:
3Fe2O3(s)+CO(g)-> 2Fe3O4(s)+CO2(g)
C(s)+O2(g)->CO2(g) puis C(s)+CO2(g)->2CO(g)
T° à 320°C: 3FeO3(s)+CO(s)->2Fe3O4(s)+CO2(g)
T° à 620°C: Fe3O4+CO(g)->3FeO(s)+CO2(g)
T° à 950°C: FeO(s)+CO(g)->Fe(s)+CO2(g)
Les équation chimique on le propriétés des équations mathématiques
C(s)+O2(g)->CO2(g)
C(s)+CO2(g)->2CO(g)
-----------------------
2*C(s)+O2(g)--> 2*CO(g)
application de la relation de stoechiométrie => n(C)=n(CO)
-----------------
3Fe2O3(s)+CO(s)->2Fe3O4(s)+CO2(g)
2*(Fe3O4+CO(g)->3FeO(s)+CO2(g))
6*(FeO(s)+CO(g)->Fe(s)+CO2(g))
--------------------------------------------
3*Fe2O3(s)+9*CO(s)->6Fe(s)+9*CO2(g)
application de la relation de stoechiométrie
n(Fe2O3)/3=n(CO)/9 ==> n(Fe2O3)=n(CO)/3 =n(C)/3
----------
m les masse et M les masses molaires
et finalement
m(Fe2O3)/M(Fe2O3)=m(C)/(3*M(C)) ==> m(C)=*m(Fe2O3)*3*M(C)/M(Fe2O3)
Ah d'accord mais je ne comprend pas trop vos divisions du 4eme paragraphe ... Pourquoi ces chiffres? Et vous avez écrit n(C)=n(CO) et le O2 alors? Il ne sert qu'à la réaction? Ensuite je ne comprend pas pourquoi vous avez changé les coefficients pour l'équation du 4eme paragraphe? Enfin bref j'y vois un peu plus clair qu'avant mais il y a certains points qui restent un peu flous...
En gros je n'ai pas bien compris votre raisonnement, je vais essayée d'être plus claire que mon précédent message parce que je ne le trouve pas assez ciblé sur mes problèmes. Bon le^1er paragraphe ça va j'ai trouvé la même chose. Ensuite arrive le 2eme paragraphe, je crois que j'ai compris, on constate que la quantité de matière du C et la même que celle du CO grâce au coefficient 2 c'est bien ça? Mais je ne comprend pas pourquoi on n'utilise pas l'autre équation celle qui représente la 1ere étape? Puis dans le troisième paragraphe les deux dernières équations ne sont pas bien équilibrées non? ou sinon je n'ai pas compris... Ensuite nous avons l'équation du 4eme paragraphe, alors là je ne vois pas du tout comment vous avez trouvé ça, qu'avez vous fait exactement? Et les calculs que vous avez fait en dessous je n'ai pas tout compris non plus... Enfin pour le 5eme paragraphe, je n'ai pas compris la deuxième partie de l'équation... Voilà! =) Merci de votre aide et j'espère que je ne vous ennuie pas trop avec toutes mes questions =)
Les équation chimique on le propriétés des équations mathématiques
On va dans un premier temps établir la correspondance entre le nombre de moles de CO et le nombre de moles de C. Pour cela on procède à l'addition des deux réaction en éliminant l'intermédiaire CO2
C(s)+O2(g)->CO2(g)
C(s)+CO2(g)->2CO(g)
-----------------------
2*C(s)+O2(g)--> 2*CO(g)
application de la relation de stoechiométrie => n(C)=n(CO)=n(O2)/2 mais on n'a pas besoin d'utiliser cette dernière égalité
-----------------
3Fe2O3(s)+CO(s)->2Fe3O4(s)+CO2(g)
2*(Fe3O4+CO(g)->3FeO(s)+CO2(g))
6*(FeO(s)+CO(g)->Fe(s)+CO2(g))
--------------------------------------------
3*Fe2O3(s)+9*CO(s)->6Fe(s)+9*CO2(g)
La première réaction produit 2 moles Fe3O4 il faut donc multiplier la seconde par 2 car elle ne fait intervenir qu'une mole de Fe3O4 dans les réactif et le but de l'addition de ces deux équation est d'éliminer l'espèce Fe3O4 lors de la somme des équations.
Cela fait que la deuxième équation va produire 2*3= 6 moles de FeO et il faut donc multiplier la troisième par 6 car elle ne fait intervenir qu'une mole de FeO dans les réactif et le but de l'addition de ces deux équation est d'éliminer l'espèce FeO lors de la somme des équations. Quand on fait la sommes des trois équation On élimine les termes Fe3O4, FeO et l'on obtient une équation qui fait intervenir la réduction de Fe2O3 par CO en Fe.
en appliquant la relation de stoechiométrie a l'équation finale
3*Fe2O3(s)+9*CO(s)->6Fe(s)+9*CO2(g)
on obtient
n(Fe2O3)/3=n(CO)/9=n(Fe)/6=n(CO2)/9
On utilises les égalités :
n(Fe2O3)/3=n(CO)/9 ==> n(Fe2O3)=n(CO)/3 =n(C)/3
Ce qui donne la relation entre le nombre de moles de Fe2O3 et de CO lors de la réduction de Fe2O3 par CO. On passe ensuite à ma relation entre masse et utilisant la relation n=m/M où n est le nombre de moles m la masse du composé et M sa masse molaire
----------
m les masse et M les masses molaires
et finalement
m(Fe2O3)/M(Fe2O3)=m(C)/(3*M(C)) ==> m(C)=*m(Fe2O3)*3*M(C)/M(Fe2O3)
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