Élaboration du métal titane

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Matériaux

Le titane (de symbole chimique Ti) est un métal léger, extrêmement résistant et peu sujet à la corrosion. Il est utilisé en particulier dans la construction aéronautique et en formule 1.

Une fois le minerai de titane extrait, on le transforme en oxyde TiO2.

Cet oxyde est ensuite traité, dans une première étape, à 800 °C sous atmosphère inerte (sans oxygène) par du dichlore Cl2 en présence de carbone et on obtient du tétrachlorure de titane TiCl4 ainsi que du monoxyde de carbone.

Dans une deuxième étape on réduit le tétrachlorure de titane par du magnésium sous vide et à haute température. On obtient alors du titane et du dichlorure de magnésium.

On produit en moyenne 1 600 tonnes de lingots de titane par an en France.

1. Écrire les équations d’oxydoréduction correspondant aux deux étapes.

On peut se référer au programme de 1re S.

2. Compte tenu de la production annuelle, calculer les quantités de réactifs nécessaires. Étudier sommairement la toxicité des différents réactifs (il sera nécessaire d’effectuer une recherche documentaire).

3. Le titane métal obtenu se présente sous forme poreuse, d’où son nom d’éponge de titane. Sachant que la quantité d’énergie nécessaire pour la production de 1,0 kg d’éponge est , calculer l’énergie nécessaire à la production française. Comparer (faire une recherche documentaire) à la production d’une centrale électrique de puissance moyenne.

Données.

On rappelle que le kilowattheure est une unité d’énergie : .

Fiche signalétique du titane

Nom

Titane

Symbole

Ti

Numéro atomique

22

Masse molaire atomique

47,88 g/mol

État du corps pur à 20 °C

solide

Nombre de masse

48

Nombre de protons

22

Nombre d’électrons

22

Nombre de neutrons

26

Point de fusion

1 933 K

Point d’ébullition

3 560 K

Masse volumique

4 540 kg/m3 (CNTP)

Type

métal

Groupe

métal de transition, groupe IV, colonne 4

Groupe dans le tableau périodique

groupe d

Type de minerai métallique

type 3

Système cristallin

HCP, BCC

Type d’oxyde

faiblement acide