Aluminium

[B0um]

Bonjour, j'ai un exercice à faire dont voici l'énoncé :

En vous aidant du domaine de stabilité de l'eau en fonction du pH et du potentiel redox en milieu aqueuse du couple E°(Al3+/Al) = -1,66V/ESH et du caractère amphotère de l'hydroxyde d'aluminium, justifier et expliquer dans le détail la préparation de l'aluminium à partir du minerai qui est un mélange d'oxyde de fer et d'aluminium.
Données : E°(H+/H2) = 0V/ESH
E°(O2/H2O) = 1,23 V/ESH


Voici ce que j'ai fait jusqu'à présent :
O2 + 4H+ + 4e- → 2H2O
E=E° + 0,06/4 log([O2][H+]4 / [H2O]2)
Econd= 1,23 -(0,06*4) /4 pH
Econd = 1,23-0,06 pH

2H+ + 2e- → H2
E= E°+0,06/2 log ([H+]2/[H2])
Econd= 0 – (0,06*2)/2 pH
Econd= -0,06 pH

Caractère amphotère de l'hydroxyde d'aluminium Al(OH)3 :
milieu acide : Al(OH)3 + 3H3O+ → Al3+ + 6H2O
milieu basique : Al(OH)3 + OH- → Al(OH)4-

Domaine de stabilité de l'eau :
couple 1 : H2O/H2 E°1 = 0 V/ESH
H2O + e- → ½ H2 + OH-
qui est équivalent à : H+ + e- → ½ H2

E1 = E°1 + 0,06/1 log[ [H+]/P(H2)1/2 ]
E1 = 0,06 log[H+]
E1 = -0,06 pH

couple 2 : O2/H2O E°2 = 1,23 V/ESH
½ O2 + 2e- + 2H+ → H2O

E2 = E° + 0,06/2 log [ [H+]2 (PO2)1/2]
E2 = 1,23 – 0,06 pH

Oxyde de fer et d'Aluminium : Al + Fe2O3

A partir de là, je ne sais pas comment continuer. Peut être faut-il parler du procédé Bayer?
Si vous pourriez me donner quelques pistes. Merci d'avance.

[Maurice]

Je doute qu'il soit possible de procéder comme tu le fais. L'élaboration de l'aluminium se fait par électrolyse. Or cette électrolyse ne se produit pas dans l'eau, mais dans la cryolithe fondue. Et dans la cryolithe fondue, les potentiels d'électrode n'ont peut-être pas les valeurs numériques qu'elles ont dans l'eau. Et il se trouve que tu utilises des potentiels standards qui ont été déterminés dans l'eau. On ne peut donc pas sans autre les appliquer à l'électrolyse dans un autre bain.
De toute façon, les potentiels de formation de H2 (et O2) que tu cites ne correspondent pas à ce qui se passe dans l'électrolyse de l'aluminium.
Dans l'électrolyse de l'aluminium, on commence par extraire un mélange d'oxyde de fer Fe2O3 et d'oxyde d'aluminium Al2O3. On traite par la soude NaOH qui dissout Al2O3 et laisse Fe2O3 comme résidu insoluble. Il se forme une solution d''aluminate de sodium, qui par dilution régénère NaOH et libère Al(OH)3 qui est insoluble. On filtre ce dernier produit, on le calcine, pour qu'il se transforme en Al2O3. Et on dissout ce Al2O3 dans de la cryolithe fondue à près de 1000°C. Il n'y a pas d'eau. Puis on électrolyse cette solution, ce qui forme du métal Al qui se dépose à la cathode.

[B0um]

Je doute qu'il soit possible de procéder comme tu le fais. L'élaboration de l'aluminium se fait par électrolyse. Or cette électrolyse ne se produit pas dans l'eau, mais dans la cryolithe fondue. Et dans la cryolithe fondue, les potentiels d'électrode n'ont peut-être pas les valeurs numériques qu'elles ont dans l'eau. Et il se trouve que tu utilises des potentiels standards qui ont été déterminés dans l'eau. On ne peut donc pas sans autre les appliquer à l'électrolyse dans un autre bain.
De toute façon, les potentiels de formation de H2 (et O2) que tu cites ne correspondent pas à ce qui se passe dans l'électrolyse de l'aluminium.
Dans l'électrolyse de l'aluminium, on commence par extraire un mélange d'oxyde de fer Fe2O3 et d'oxyde d'aluminium Al2O3. On traite par la soude NaOH qui dissout Al2O3 et laisse Fe2O3 comme résidu insoluble. Il se forme une solution d''aluminate de sodium, qui par dilution régénère NaOH et libère Al(OH)3 qui est insoluble. On filtre ce dernier produit, on le calcine, pour qu'il se transforme en Al2O3. Et on dissout ce Al2O3 dans de la cryolithe fondue à près de 1000°C. Il n'y a pas d'eau. Puis on électrolyse cette solution, ce qui forme du métal Al qui se dépose à la cathode.

Merci de votre réponse.
Mais alors pourquoi toutes ces données si elles ne sont pas exploitables ?

[Maurice]

Peut-être que l'auteur du problème ignore ce que je t'ai dit. Peut-être croit-il qu'on peut utiliser les potentiels standard dans n'importe quels solvants.

[ecolami]

Bonsoir,
Je profite du titre de ce post "Aluminium" pour signaler que j'ai été voir la toute première carrière de Bauxite située à quelques kilomètres des Baux de Provence. Le site est abandonné mais on voit bien le filon (ou ce qu'il en reste) sous une épaisse couche de calcaire.

[B0um]

Peut-être que l'auteur du problème ignore ce que je t'ai dit. Peut-être croit-il qu'on peut utiliser les potentiels standard dans n'importe quels solvants.

D'accord, en tout cas merci beaucoup !