Exercice 4 - Oxydo-réduction et corrosion · Bac STI2D Physique-Chimie et Mathématiques Métropole remplacement 2023

EXERCICE 4 (6 points) (physique-chimie)

Étude d'un défaut sur un roulement à billes

Les roulements à billes sont conçus pour réduire les frottements de rotation.

Cependant les contraintes d'utilisations et les agressions extérieures peuvent créer des défauts qui réduisent l'efficacité de ces roulements.

L'objectif de cet exercice est d'étudier un défaut de corrosion (oxydation) sur des roulements à billes d'un véhicule.

Corrosion des roulements

Au cours du temps, les différentes frictions s'exerçant sur le roulement réduisent la quantité de graisse présente entre les bagues qui le constituent. Les parties métalliques en fer s'oxydent alors progressivement au contact de l'air.

À l'air libre les deux couples oxydant-réducteur mis en jeu sont les suivants:

$\mathrm{Fe_2O_{3(aq)}\ /\ Fe_{(s)}}$

$\mathrm{O_{2(g)}\ /\ H_2O_{(l)}}$

Corrosion des roulements

Au cours du temps, les différentes frictions s'exerçant sur le roulement réduisent la quantité de graisse présente entre les bagues qui le constituent. Les parties métalliques en fer s'oxydent alors progressivement au contact de l'air.

À l'air libre les deux couples oxydant-réducteur mis en jeu sont les suivants:

$$\mathrm{Fe_2O_{3(aq)} / Fe_{(s)}}$$

$$\mathrm{O_{2(g)} / H_2O_{(l)}}$$

Q1.

D'après l'énoncé et les couples mis en jeu, déterminer les réactifs qui sont impliqués dans la corrosion du fer.

Q2.

Écrire la demi-équation d'oxydoréduction correspondant au couple $\mathrm{O_{2(g)} / H_2O_{(aq)}}$.

Q3.

Sachant que la demi-équation correspondant au couple $\mathrm{Fe_2O_{3(aq)} / Fe_{(s)}}$ est la suivante:

$$2\mathrm{Fe_{(s)}} + 3\mathrm{H_2O_{(l)}} = \mathrm{Fe_2O_{3(s)}} + 6\mathrm{H^+_{(aq)}} + 6\mathrm{e^-}$$

Montrer que l'équation modélisant la transformation s'écrit:

$$3\mathrm{O_{2(g)}} + 4\mathrm{Fe_{(s)}} \rightarrow 2\mathrm{Fe_2O_{3(s)}}$$

Q4.

Expliquer pourquoi les roulements à billes initialement graissés ne s'oxydent pas.