Technicien de recherche ( Lille 2000) électrolyse de l'alumine

La bauxite est le minerai d'aluminium. Sachant que l'aluminium est situé dans la classification périodique des éléments dans la même colonne que le bore B (Z=5) dans la période suivante.

numéro atomique de l'aluminium : Z= 5 + 8 = 13

même colonne ( même famille) que le bore : donc 3 électrons externes ; période suivante : donc 8 électrons de plus que le bore.

La formule de l'alumine : Al₂O₃ ( 2 Al³⁺ + 3O^2-)

L'aluminium est obtenu par électrolyse de l'alumine fondue, extraite de la bauxite.

Lors de l'électrolyse tout se passe comme si l'alumine était dissociée en cation et en anion.

Equations des réactions qui ont lieu à chaque électrode :

à l'anode positive, oxydation : 3O^2- = 1,5 O₂ + 6e^-.

à la cathode négative, réduction : 2 Al³⁺ + 6e^- = 2Al

Bilan : 2 Al³⁺ + 3O^2- = 1,5 O₂ + 2Al ou Al₂O₃=1,5 O₂ + 2Al

Quantité de matière d'aluminium (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)

n= 10⁶/27 = 3,70 10⁴ mol

D'après les coefficients stoechiométriques de l'équation bilan : n(Al₂O₃) = ½ n(Al)

n(Al₂O₃) = 1,85 10⁴ mol

Masse molaire de l'alumine : M= 2*27+3*16 = 102 g/mol

masse d'alumine (g) = masse molaire (g/mol) * quantité de matière (mol)

m = 102*1,85 10⁴ =1,89 10⁶ g = 1,89 t

masse de minerai : 1,89/0,75 = 2,52 t.

Al : 27 g/mol ; 1 faraday = 1 F = 9,65 10⁴ C/mol.

Durée de l'électrolyse :

Al³⁺ + 3e^- = Al

donc quantité de matière d'élctrons n(e^-) = 3 n(Al )= 3* 3,70 10⁴ = 1,11 10⁵mol

Quantité d'électricité Q=n(e^-) F = 1,11 10⁵ *9,65 10⁴ = 1,07 10¹⁰ C

Or Q= I t soit t = Q/I = 1,07 10¹⁰/ 2,5 10⁵ = 4,28 10⁴ s = 714 min = 11,9 heures.

Vitesse moyenne de formation de l'aluminium en mol/min :

n(Al) / t = 3,70 10⁴ /714 = 51,8 mol/min.