Synthèse de l’aluminate de calcium

Synthèse de l’aluminate de calcium

Comprendre la Synthèse de l’aluminate de calcium

On souhaite préparer de l’aluminate de calcium (\( \text{CaAl}_2\text{O}_4 \)) par réaction entre l’oxyde de calcium (\(\text{CaO}\)) et l’oxyde d’aluminium (\(\text{Al}_2\text{O}_3\)). La réaction est la suivante :

\[ \text{CaO} + \text{Al}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{CaAl}_2\text{O}_4 \]

Données:

  • Masse molaire : \(\text{CaO} = 56.08 \, \text{g/mol}\), \(\text{Al}_2\text{O}_3 = 101.96 \, \text{g/mol}\), \(\text{CaAl}_2\text{O}_4 = 158.04 \, \text{g/mol}\).
  • La réaction est effectuée à température constante et à pression atmosphérique.
  • On utilise 100 g de \(\text{CaO}\) et 200 g de \(\text{Al}_2\text{O}_3\).

Questions

1. Calcul stœchiométrique :

a. Calculer le nombre de moles de \(\text{CaO}\) et de \(\text{Al}_2\text{O}_3\) utilisées.

b. Identifier le réactif limitant. c. Calculer la masse d’aluminate de calcium qui peut être théoriquement obtenue.

2. Rendement de la réaction :

Supposons que, à la fin de la réaction, on ait obtenu 150 g d’aluminate de calcium. Calculer le rendement de la réaction.

3. Discussion :

a. Discuter de l’impact environnemental potentiel de la synthèse de céramiques.

b. Proposer une amélioration du processus de synthèse pour le rendre plus écologique.

Correction : Synthèse de l’aluminate de calcium

1. Calcul stœchiométrique

a. Nombre de moles de CaO et Al\(_2\)O\(_3\):

  • Pour le CaO:

\[ = \frac{100\, \text{g}}{56.08\, \text{g/mol}} \approx 1.783\, \text{moles} \]

  • Pour le Al\(_2\)O\(_3\):

\[ = \frac{200\, \text{g}}{101.96\, \text{g/mol}} \approx 1.962\, \text{moles} \]

b. Réactif limitant:

En comparant les ratios de moles nécessaires pour la réaction, on trouve que le CaO est le réactif limitant, car il y a moins de moles de CaO disponibles par rapport au ratio stœchiométrique requis par la réaction par rapport à Al\(_2\)O\(_3\).

c. Masse théorique d’aluminate de calcium (CaAl\(_2\)O\(_4\)):

La masse théorique que l’on peut obtenir à partir des 1.783 moles de CaO (réactif limitant) est:

\[ = 1.783\, \text{moles} \times 158.04\, \text{g/mol} \] \[ \approx 281.81\, \text{g} \]

2. Rendement de la réaction:

Le rendement est calculé comme le rapport de la masse réelle obtenue sur la masse théorique multiplié par 100 pour obtenir un pourcentage. Avec une masse réelle obtenue de 150 g, le rendement de la réaction est:

  • Rendement:

\[ = \left(\frac{150\, \text{g}}{281.81\, \text{g}}\right) \times 100 \approx 53.23\% \]

3. Discussion:

a. Impact environnemental potentiel :

La synthèse de céramiques peut avoir divers impacts environnementaux, notamment en termes d’énergie consommée et de déchets produits.

L’extraction et le traitement des matières premières peuvent également avoir des répercussions importantes sur l’environnement.

b. Amélioration écologique :

Pour rendre le processus plus écologique, on pourrait envisager d’utiliser des sources d’énergie renouvelables pour les étapes de chauffage, de recycler les matériaux autant que possible, et d’optimiser les réactions pour minimiser les déchets.

L’adoption de procédés de « chimie verte » pour réduire l’utilisation de solvants et de réactifs nocifs pourrait également être une piste d’amélioration.

Synthèse de l’aluminate de calcium

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