Nom : Prénom : Classe : Matériaux DEVOIR 3 Exercice 1 : Fabrication d’un ponton en milieu marin /11 Vous faites partie d'un laboratoire d'ingénierie qui doit étudier la conception d'un ponton. En marine, le ponton (ou embarcadère) permet l'embarquement ou le débarquement de passagers et l'amarrage des bateaux. L'image, ci-contre, contre, montre un ponton en construction. marais-poitevin.fr/ D'après http://www.parc-marais Cet exercice porte sur la corrosion de piliers métalliques partiellement immergés en eau de mer. Vous devez, pour cela, lire attentivement l'ensemble des documents proposés, répondre à des questions à choix multiples sur l'annexe à rendre avec la copie puis résoudre le problème posé à l'aide d'une rédaction d'au minimum 20 lignes. Document 1 L'acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction mécanique. L'acier est constitué d'au moins deux éléments, le fer, très majoritaire, et le carbone, dans des proportions comprises entre 0,02 % et 2 % en masse. C'est essentiellement la teneur en carbone qui confère à l'alliage les propriétés du métal qu'on appelle « acier ». Pour l'acier, la corrosion se traduit par la formation de rouille. le. Ce produit composé d'oxydes plus ou moins hydratés ne se forme qu'en présence de dioxygène et d'eau à température ordinaire. Cette corrosion est dite aqueuse, et c'est la forme la plus fréquemment rencontrée en construction métallique. La corrosion estt un phénomène électrochimique : cela signifie qu'il se crée des piles à la surface de l'acier, dans lesquelles une des électrodes, l'anode, se consomme au bénéfice de l'autre, la cathode, qui reste intacte. L'électrolyte est constitué par l'eau, plus ou moins oins conductrice et oxygénée. équations mises en jeu dans le Les deux demi-équations phénomène de corrosion sont : ½ O2 + 2 e− + H2O = 2 HO− Fe2+ + 2 e− = Fe Document 2 Document 3 Zone de forte attaque (zone d’embruns) Niveau moyen des hautes eaux Zone d’attaque moyenne (zone de marnage) Niveau moyen des basses eaux Zone de forte attaque (zone de basses eaux) Zone d’attaque moyenne (zone d’immersion permanente) Zone d’attaque faible (sol) Pilier métallique Document 4 1. QCM: Cocher les bonnes réponses. Cocher les bonnes réponses en précisant à chaque fois le numéro du document utilisé pour répondre à la question. 1 2 3 Questions Réponses La corrosion des piliers métalliques est la même sur toute Oui Non leur hauteur. La quantité de dioxygène est identique sur toute la hauteur Oui Non du pilier métallique. La corrosion est plus importante à la base du pilier Oui Non métallique. Documents 4 5 6 La température moyenne a une influence sur la perte Oui d’épaisseur d’acier au cours du temps. L’équation d’oxydoréduction associée à la corrosion humide Oui peut être écrite :Fe(s) + H2O(l) → 2 HO−(aq) + Fe2+(aq) Un pilier métallique perd 0,2 mm d’épaisseur au bout de 5 Oui ans en présence d’une atmosphère humide et polluée. Non Non Non 2. Question de synthèse : À partir des documents fournis et de vos connaissances personnelles, donner, en justifiant votre réponse, les caractéristiques de la corrosion des piliers métalliques au bord de la mer et proposer ensuite des pistes pour augmenter la durée de vie du ponton. Prendre soin, pour cela, d’utiliser la totalité des documents proposés, d’apporter une solution au problème posé en veillant à structurer les informations recueillies, d’adopter un jugement critique argumenté et rédiger un document d’au minimum 20 lignes dans un français correct. Exercice 2 : Du minerai au métal cas de l’or et de l’argent /7 L’ion cyanure étant un poison, ne pas tenter de réaliser cette manipulation. Données : L’or, Au(s), et l’argent, Ag(s), sont des métaux que l’on peut trouver à l’état natif dans la nature, c’est-à-dire sous forme métallique. Lorsqu’ils sont présents en grains microscopiques dans les minerais, leur récupération s’effectue par cyanuration, c’est-à-dire par action d’une solution de cyanure de potassium en présence de dioxygène. L’ion or (I), Au+, l’ion argent (I), Ag+ et l’ion zinc (Il), Zn2+, forment, avec les ions cyanure, CN-, les ions complexes : [Au(CN)2]-, [Ag(CN)2-] et [Zn(CN)4]2-. À pH = 12, les équations d’oxydoréduction doivent être écrites avec des ions HO-(aq) et non H+(aq) : O2 + 2 H2O(ℓ) + 4 e- = 4 HOProtocole : A pH = 12, en présence d’ions cyanure CN-, le dioxygène, O2(g), peut oxyder l’or, Au(s), et l’argent, Ag(s), pour donner respectivement [Au(CN)2]- et [Ag(CN)2-], le dioxygène est alors réduit en eau, H2O(ℓ). Lorsqu’on ajoute du zinc en poudre, Zn(s), à une solution contenant des ions [Au(CN)2]- et des ions [Ag(CN)2-], ceux-ci sont respectivement réduits en or et argent métalliques qui se déposent sur la poudre de zinc introduite en excès. Au cours de cette réaction, appelée cémentation, le zinc est oxydé en ion [Zn(CN)4]2-. Une solution d’acide sulfurique, 2 H+(aq), SO 24(aq) réagit avec le métal zinc pour donner des ions 2+ zinc (Il), Zn (aq), et un dégagement de dihydrogène, H2(g). En revanche, elle est sans action sur l’or ou l’argent. Les mines du Rouez, dans la Sarthe, ont été exploitées de 1989 à 1992 : elles fournissaient un minerai contenant 11 g d’or et 50 g d’argent par tonne de minerai. Les autres constituants du minerai sont inertes lors de la cyanuration. Problème Proposer un protocole décrivant les diverses étapes de l’extraction des métaux or et argent contenus dans le minerai extrait des mines du Rouez. On écrira les équations de toutes les réactions envisagées et on déterminera la masse minimale de zinc solide, Zn(s), nécessaire à l’extraction de l’or et de l’argent présents dans une masse m = 1,00x103 kg. Identifier les couples redox mis en jeu. Écrire les demi-équations redox. Identifier les diverses réactions mises en jeu et écrire leurs équations. Identifier les étapes de séparation à mettre en œuvre. Déterminer les quantités d’or et d’argent dans le minerai. Utiliser les masses molaires des trois métaux. En déduire la quantité, puis la masse de zinc nécessaire. M(Au) = 197,0 g.mol-1 ; M(Ag) = 107,5 g.mol-1 ; M(Zn) = 65,4 g.mol-1.