Valorisation du dioxyde de carbone dans les cimenteries, spécialité, Bac général Amérique du nord  2026. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ...  Cet exercice s'intéresse tout d'abord au captage du dioxyde de carbone par l'éthanolamine, puis au contrôle qualité d'une solution d'éthanolamine et enfin à l'utilisation possible du dioxyde de carbone capté dans la production de méthanol. 1. Captage de la molécule de dioxyde de carbone par la molécule d'éthanolamine.  Pour réduire ses émissions, l'industrie cimentière cherche à capter le dioxyde de carbone produit par ses usines. Le procédé chimique le plus couramment utilisé est le lavage aux amines. Ce procédé permet d'isoler le CO2 présent dans les gaz de combustion libérés lors de fabrication du ciment. Le lavage aux amines repose sur une réaction acido-basique entre le dioxyde de carbone et une solution aqueuse contenant environ 20 % en masse d'éthanolamine, une base faible. Cette transformation est non-totale. Q.1. Reproduire, sur la copie, la formule topologique de la molécule d'éthanolamine. Entourer les groupes caractéristiques de la molécule puis nommer les familles fonctionnelles associées.  On considère un volume V = 1,0 L d'une solution d'éthanolamine à 20% en masse. Q.2. Vérifier que la valeur de la concentration en quantité de matière C de la solution aqueuse d'éthanolamine à 20 % est de 3,3 mol·L-1. 200 g d'éthanolamine ; masse molaire M = 61,0 g / mol. 200 / 61,0 =3,3 mol / L. La mesure du pH de la solution donne pH = 11.  Q.3. Représenter le diagramme de prédominance du couple acide-base de l'éthanolamine.  Q.4. Préciser, en justifiant, sous quelle forme acide ou basique est présente l'éthanolamine dans la solution. A pH=11 supérieur à pKa, l'éthanolamine se trouve sous la forme C2H7NO. L'éthanolamine réagit avec l'eau selon l'équation de réaction suivante: C2H7NO (aq) + H2O (l) =  C2H8NO+ (aq) + HO- (aq).  Q.5. Donner l'expression du taux d'avancement t de la réaction étudiée en fonction de l'avancement final x et de l'avancement maximal xmax. t = x / xmax. Q.6. Exprimer l'avancement maximal xmax en fonction de C et V. Le candidat pourra s'appuyer, si besoin, sur un tableau d'avancement. xmax = C V. .7. Montrer que le taux d'avancement t peut s'exprimer: t = Ke c° / (C 10-pH). x = [HO-] V= Ke c°V / [H3O+]= Ke c° V / 10-pH. x / xmax = Ke c° / (C 10-pH).  Q.8. Calculer la valeur du taux d'avancement et la commenter par rapport à la force de la base. x / xmax = 10-14 /(3,3 x 10-11)=3 10-4. Le taux d'avancement final est très faible, ce qui correspond à la dénomination " base faible". On s'intéresse à une partie du mécanisme réactionnel de la réaction de captage du dioxyde de carbone par l'éthanolamine dont les premières étapes sont données ci-dessous: Q.9. Identifier un intermédiaire réactionnel en justifiant la réponse. L'intermédiaire réactionnel est formé lors de l'étape 1 et se trouve consommé à l'étape 2.  Q.10. Recopier l'étape 1 et représenter par des flèches courbes le déplacement d'électrons. Justifier leur sens. La flèche part de l'azote possèdant un doublet électronique libre et arrive sur l'atome de carbone du CO2, déficitaire en électrons. 2. Contrôle qualité d'une solution d'éthanolamine. L'éthanolamine peut s'altérer au fil du temps, entraînant une diminution progressive de sa concentration. Un technicien souhaite s'assurer que la solution aqueuse S d'éthanolamine dont il dispose peut être utilisée pour le captage du dioxyde de carbone. Pour cela, il réalise un titrage pH-métrique. La solution S est préalablement diluée 50 fois. La solution obtenue est notée S50. Q.11. Choisir le matériel qui permet de préparer 250,0 mL de solution S50 à partir de la solution en justifiant la verrerie choisie. Verrerie à disposition: Béchers: 50 mL, 100 mL, 250 mL; Pipettes jaugées: 5,0 mL, 10,0 mL, 20,0 mL; Pipettes graduées: 5,0 mL, 10,0 mL; Éprouvettes graduées: 20 mL, 100 mL, 250 mL; Fioles jaugées: 50,0 mL, 100,0 mL, 250,0 mL Fiole jaugée de 250,0 mL. Facteur de dilution F = 50. Pipette jaugée de volume 250 / 50 = 5,0 mL. Le technicien dose par titrage avec suivi pH-métrique un volume VB = 25,0 mL de solution diluée S50. La solution titrante est de l'acide chlorhydrique de concentration CA = 0,10 mol·L-1. La figure  ci-dessous présente l'évolution du pH du milieu réactionnel en fonction du volume versé de solution titrante. L'équation de la réaction modélisant la transformation observée durant le dosage par titrage est: C2H7NO (aq) + H3O+ (aq) → C2H8NO+ (aq) + H2O (l). Q.12. Définir l'équivalence d'un titrage. A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques. Q.13. Déterminer, à partir de la courbe de titrage, le volume Ve de solution titrante versé à l'équivalence. Expliquer la méthode.  employée. A l'équivalence, la courbe dpH/dV présente un extrémum. Q.14. En déduire la valeur du titre massique en éthanolamine, en %, de la solution S. A l'équivalence CAVeq =C VB ; C =0,10 x 14,5 / 25,0= 0,058 mol / L. Tenir compte de la dilution : 0,058 x50 =2,9 mol / L soit 2,9 x61~180 g / L soit 18 % en masse. La concentration en éthanolamine influence l'efficacité du captage: une concentration trop faible réduit la performance, une concentration trop élevée accroît les risques de corrosion des équipements. Q.15. Commenter le résultat en discutant la possibilité d'utiliser cette solution d'éthanolamine pour capter le dioxyde de carbone. Une solution à 20 % présente une bonne efficacité de captation du CO2 ainsi qu'une tolérance acceptable à la corrosion des équipements. . .... 3. Production de méthanol à partir du dioxyde de carbone capté.  Le méthanol (CH3OH) peut être obtenu par réaction entre le dioxyde de carbone et le dihydrogène; il se forme également de l'eau. La transformation est totale. Q.16. Écrire l'équation de la réaction modélisant la formation du méthanol. CO2 +3 H2 --> CH3OH + H2O. En France, le projet EDF-Hynovi prévoit la fabrication de 200 000 tonnes de méthanol de synthèse par an à partir du CO2 d'une cimenterie. La quantité de dihydrogène nécessaire est de 37 500 tonnes. Pour produire le dihydrogène, l'usine prévoit d'utiliser des électrolyseurs dont la puissance totale est de 330 MW. L'énergie nécessaire à la production d'un kilogramme de dihydrogène est de 55 kW.h.  Q.17. Déterminer la durée nécessaire à la production des 37 500 tonnes de dihydrogène. Energie nécessaire : 55 x 37 500 103= 2,06 109 kWh= 2,06 106 MWh. Durée : 2,06 106  / 330 =6,25 103~6,3 103 heures ou 260 jours. Q.18. En déduire si la puissance des électrolyseurs est suffisante pour la production attendue. 260 jours est inférieure à une année.  La puissance des électrolyseurs est donc suffisante.

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