PROBLEME DE CHIMIE - · PDF fileCCP Physique 2 PSI 2008 — Énoncé 2/12 I....

CCP Physique 2 PSI 2008 nonc 1/12
Les calculatrices sont autorises.
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N.B. : Le candidat attachera la plus grande importance la clart, la prcision et la concision
de la rdaction. Si un candidat est amen reprer ce qui peut lui sembler tre une erreur
d'nonc, il le signalera sur sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons
des initiatives qu'il a t amen prendre.
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/pSUHXYHFRPSRUWHXQSUREOqPHGHchimie et un problme de physique. Les candidats traiteront les
deux problmes daQVORUGUHGHOHXUFKRL[HWOHVUpGLJHURQWGHIDoRQVpSare. Le sujet comporte 12
pages.
Dures approximatives : Chimie : 2 heures
Physique : 2 heures
PROBLEME DE CHIMIE
Toutes les donnes ncessaires la rsolution de ce problme apparaisVHQWDX9,HQILQGpQRQFp
AUTOUR DU DIOXYDE DE TITANE
Le dioxyde de titane est un solide minral largement utilis dans des domaines YDULpVGHOLQGXVWULH
(production mondiale entre 4 et 5 Mt/an). Sa principale application (> 90%) concerne les peintures
auxquelles il apporte, comme pigment, une couleur blanche trs lumineuse. Dans des secteurs de
pointe, on utilise galement ses proprits catalytiques (synthses diverses) ou photo-catalytiques
(vitrages auto-nettoyants). Le problme ci-dessous voque la synthse et les proprits de ce
compos.
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I. /pOpPHQWWLWDQH
I.1. Ecrire la structure lectronique du titane. Pourquoi cet lment fait-il partie de la famille des
lments de transition ?
I.2. 3RXUTXRLOLRQ7L4+
possde une grande stabilit ?
I.3. &RPSWH WHQX GH OD YDOHXU GH OD PDVVH DWRPLTXH GH OpOpPHQW WLWDQH TXHO HVW OH QRPEUH GH
neutrons de son isotope, trs probablement majoritaire dans la nature ?
II. Le titane mtallique
II. 1. A temprature ordinaire, le titane mtallique cristallise, comme de nombreux mtaux, dans le
systme hexagonal. Calculer sa compacit en utilisant les paramtres de maille fournis au VI.
&RPSDUHUODYDOHXUREWHQXHjFHOOHGXQHPSLOHPHQWVWULFWHPHQWFRPSDFW$%$%GHVSKqUHVGXUHV
LGHQWLTXHVHWGLVFXWHUODppellation de pseudo-compacte gnralement utilise pour la structure
du titane hexagonal.
II.2. Calculer la masse volumique du titane hexagonal.
II.3. Au-dessus de 880C environ, le titane mtallique cristallise dans le systme cubique centr.
Quelle volution de coordinance observe-t-on au passage de la varit allotropique basse
temprature la varit allotropique haute temprature ?
II.4. Montrer, en observant le diagramme e-S+IRXUQLTXHOHWLWDQHPpWDOOLTXHUpGXLWOHDX(FULUH
les bilans correspondant cette rduction pH = 2 et pH = 12 (on considrera que le titane
VR[\GHDXGHJUp,,&DOFXOHUODIILQLWpchimique standard de la raction pH = 12. Conclure.
II.5. 4XREWLHQW-on en thorie par ajout Gun excs de titane mtallique en poudre une solution
aqueuse de chlorure titanique TiCl3 ?
II.6. Pourquoi le titane est-il un mtal passif dans les eaux naturelles ares ? Schmatiser le
montage lectrochimique permettant de mettre en vidence cette passivit par trac des courbes i/e.
III. Prparation du dioxyde de titane
III.1. La mthode de prparation de TiO2 par voie humide a comme point de dpart le trioxotitanate
de fer (II), compos naturel de formule FeTiO3, disponible sous forme de minerai. Ce titanate solide
est solubilis GDQVOacide sulfurique concentr, donnant un mlange de sulfate ferreux FeSO4 et de
sulfate de titanyle TiOSO4 (TiO2+
+ SO42
). MontrerHQXWLOLVDQWOHVQRPEUHVGR[\GDWLRQ que cette
WUDQVIRUPDWLRQQHVWSDVXQHUpDFWLRQGR[\GR-rduction.
III.2. Aprs sparation du sulfate ferreux par cristallisation, la solution de sulfate de titanyle est
traite par une base qui prcipite le dioxyde de titane. Dans quelle partie du diagramme e-pH de la
Figure 1 (page 5) envisageriez-YRXVGHSODFHUOHGRPDLQHGHOLon titanyle TiO2+
(aq) ?
III.3. Par quelle raction de dismutation, dont on crira le bilan complet, pourrait-on galement
obtenir le dioxyde de titane ?

pH
-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16
E (
V)
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
TiO2 (s)
Ti2O3 (s)
TiO(s)Ti(s)
Ti2+
(aq)
Ti3+
(aq)
Fig. 1. Diagramme potentiel-pH du titane trac pour une concentration en espces dissoutes
de 102
mol.L1
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