Aurélie dec 04

Corrosion aluminium ; les amines ;

séchoir alimenté en triphasé

d'après bts métiers de l'eau 2004

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corrosion aluminium

Diagramme potentiel pH de l'aluminium : concentration de tracé en élément aluminium c= 10-3 mol/L

  1. Donner le nombre d'oxydation de l'élément aluminium dans les quatre espèces chimiques Al, Al3+, Al(OH)3 , Al(OH)4-. Donner le nom de Al(OH)3 .
  2. Calculer le pH d'apparition du précipité Al(OH)3 , puis indiquer son domaine de stabilité.
  3. Calculer le pH de disparition du précipité Al(OH)3 , c'est à dire le pH de formation du complexe Al(OH)4-. Indiquer le domaine de stabilité de ce complexe.
  4. Pour chacune des frontières suivantes, écrire la demi-équation redox et en utilisant la relation de Nernst, établir l'équation de la droite frontière :
    - Frontière Al-Al3+ ; indiquer les coordonnées du point I.
    - Frontière Al(OH)3 - Al ; indiquer les coordonnées du point J.
    - Frontière Al(OH)4- - Al .

Addition de l'eau sur l'aluminium : couple redox H2O/ H2 équivalent en milieu acide au couple H+/H2.

  1. Ecrire la demi-équation électronique de ce couple et exprimer son potentiel redox en fonction du pH pour une pression de dihydrogène égale à 1 bar.
  2. Représenter la droite frontière de ce couple et placer les domaines de stabilité de l'eau et de H2.
  3. Utilisation du diagramme pour prévoir l'action de l'eau sur l'aluminium :
    - Quelle réaction peut avoir lieu si on met de l'eau dans un récipient en aluminium ? En réalité on observe aucune réaction, proposer une explication.

Données : potentiel redox standart : H+/H2 : 0 V ; Al3+/Al : -1,66 V ; Al(OH)3 / Al : -1,55 V ; Al(OH)4- / Al : -2,44 V à pH=14.

produit de solubilité Al(OH)3 : Ks= 10-36,3.

Al(OH)3 + 2H2O= Al(OH)4- + H3O+ K= 10-14,6.

 

corrigé
nombre d'oxydation de l'élément aluminium dans les quatre espèces chimiques Al : zéro

Al3+, Al(OH)3 , Al(OH)4- : +III

Al(OH)3 : trihydroxyde d'aluminium .

Al(OH)3 (s) = Al3+ + 3HO- : Ks = [Al3+][HO-]3=10-36,3 et [Al3+] = 10-3 mol/L

[HO-]3=10-36,3 /10-3 = 10-33,3 ; [HO-] = 10-11,1 ;

pH= 14 + log [HO-] = 14+log 10-11,1 = 2,9.

Al(OH)3 (s) est stable à partir de pH supérieur à 2,9 et pH inférieur à 11,6.

Al(OH)3 (s)+ 2H2O= Al(OH)4- + H3O+

K= 10-14,6 = [Al(OH)4-][H3O+] avec [Al(OH)4-] = 10-3 mol/L

[H3O+]= 10-14,6 /10-3 =10-11,6 ; pH =11,6.

à pH supérieur à 11,6, Al(OH)4- est stable.

Frontière Al-Al3+ : Al = Al3+ + 3e- ;

E= -1,66 + 0,06/3 log [Al3+] = -1,66 +0,02 log 10-3 = -1,66 -0,06 = -1,72 V.

point I ( pH= 2,9 ; -1,72 V)

Frontière Al(OH)3 - Al : Al(OH)3 (s) + 3e- + 3H+= Al (s)+ 3H2O

E= -1,55 + 0,06/3 log [H+] 3 = -1,55 - 0,06 pH.

point J ( pH= 11,6 ; -2,25 V)

Frontière Al(OH)4- - Al : Al(OH)4- + 3e- + 4H+= Al (s)+ 4H2O

E= E°(Al(OH)4- / Al) + 0,06/3 log ([Al(OH)4-][H+] 4 )= E°(Al(OH)4- / Al) + 0,02 log 10-3 -0,08 pH

-2,44 = E°(Al(OH)4- / Al) -0,06 -0,08 *14 soit E°(Al(OH)4- / Al) = -1,32

E= -1,32 - 0,08 pH.

couple H+/H2 : 2H+ + 2e- = H2(g)

E= 0 + 0,06/2 log ([H+] 2 / PH2)= -0,06 pH

L'eau devrait être réduite en H2 par le métal aluminium d'après ce diagramme. Mais, en fait, le métal Al est protégé par une couche d'alumine imperméable et en conséquence cette réaction n'a pas lieu.


Chimie organique : les amines

 

  1. Pour préparer une amine, une méthode consiste à faire réagir un halogénoalcane sur l'ammoniac.
    - Ecrire les formule semi-développée des composés pouvant être obtenus par réaction du propène sur le chlorure d'hydrogène. Lequel est formé préférentiellement ? Justifier.
    - Par action de l'ammoniac en excès sur le 1-chloropropane, on obtient un mélange d'amines. Donner les noms et formules de celles-ci. De quel type de réaction s'agit-il ?
  2. Les trois classes d'amines sont différenciées par action de l'acide nitreux HNO2 généré dans le mélange.
    - Donner le schéma de Lewis de la molécule HNO2
    - Les amines primaires réagissent avec l'acide nitreux pour former un alcool et un dégagement de diazote. Une amine de formule C3H7N fournit un alcool A qui, par oxydation ménagée, donne une cétone. Identifier A et donner la formule semi-développée de l'amine.
    - Lors de l'action de l'acide nitreux sur une amine secondaire, on obtient une nitrosoamine. Ecrire l'équation de la réaction de l'acide nitreux sur une amine secondaire, la diéthylamine.
corrigé
CH3-CH=CH2 + HCl donne CH3-CHCl-CH3 et CH3-CH2-CH2Cl.

CH3-CHCl-CH3 (2-chloropropane) est majoritaire ( règle de Markownikoff)

L'orientation de l'addition s'explique par la plus grande stabilité de l'intermédiaire, le carbocation secondaire CH3-C+H-CH3

L'ammoniac en excès sur le 1-chloropropane donne :

CH3-CH2-CH2NH2 n-propylamine ; (CH3-CH2-CH2)2NH di-n-propylamine ; (CH3-CH2-CH2)3N tri-n-propylamine.

Il s'agit de réaction de substitution.

C3H7N2 fournit un alcool A qui, par oxydation ménagée, donne une cétone : il 'agit donc d'un alcool secondaire.

CH3-CHOH-CH3 (propan-2-ol)

CH3-CH NH2-CH3 (isopropylamine)

l'action de l'acide nitreux sur une amine secondaire, la diéthylamine : (C2H5)2NH

(C2H5)2NH + HNO2 donne (C2H5)2N-N=O + H2O

séchoir alimenté en triphasé

Dans les locaux techniques d'une piscine, un séchoir est aménagé : le système de chauffage électrique peut être asimilé à trois résistances, identiques, pures, montées en triangles sur le secteur 220 / 380 V, 50 Hz. Chaque résistance consomme une puissance de 5,7 kW.

  1. Déterminer :
    - L'intensité du courant qui circule dans chaque résistance et la valeur de chaque résistance.
    - L'intensité du courant dans un fil de ligne.
  2. Pour assurer l'aération, on ajoute sur ce circuit un ventilateur alimenté par un moteur asynchrone triphasé, couplé en étoile, de puissance active 5940 W et de facteur de puissance cosj = 0,75. Déterminer :
    - L'intensité du courant en ligne alimentant l'installation globale.
    - L'intensité du courant traversant chaque enroulement du moteur.
corrigé
puissance active totale = racine carrée (3) Ueff Ieff =5700*3 = 17100 W

Ueff : tension composée et Ieff : intensité en ligne.

La tension aux bornes de chaque résistance est 380 Vdans le montage triangle.

Ieff = 17100/(1,732*380)= 26 A.

intensité du courant dans une résistance J = intensité en ligne / racine carrée (3)= 26 / 1,732 = 15 A

Ueff = R J soit R= 380/15 = 25,3 W.

Puissance active totale : P= 17100 + 5940 = 23040 W

puissance réactive totale ( due au moteur, les résistances pures ne consomment pas de puissance réactive )

Q= P tan j avec j = cos-1(0,75) = 41,4 et tan j = 0,882 ; Q= 5940*0,882 = 5239 var

puissance apparente totale S : S²= P² + Q² = 230402+52392=5,57 108 soit S= 23630 VA

intensité en ligne : 23630 / (1,732*380)=35,9 A.

puissance apparente moteur : racine carrée ( P²moteur + Q²moteur)= rac.carrée(59402+52392)=7920 VA

intensité : 7920 / (1,732*380)=12 A

Le moteur est couplé en étoile donc chaque enroulement est traversé par 12 A.

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