Chapitre 7- Réactions de combustion - Physique Appliquée

Chapitre 7- Réactions de combustion
1 Capacités exigibles
1 Compétences |1|Rechercher, extraire et organiser l'information utile, |
|2|Réaliser, manipuler, mesurer, calculer, appliquer des consignes |
|3|Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l'aide d'un |
| |langage adapté |
|4|Raisonner, argumenter, pratiquer une démarche expérimentale ou technologique, |
| |démontrer, |
2 Capacités Thème : Habitat
Sous-Thème : Gestion de l'énergie dans l'habitat
Notions et Contenus :
6. Énergie chimique : transformation chimique d'un système et effets
thermiques associés. Combustions ; combustibles ; comburants. Avancement et bilan de matière. Pouvoir calorifique d'un combustible. Protection contre les risques des combustions.
|H.6.2|2 |Comparer les pouvoirs calorifiques des différents combustibles au |
|8. | |service de l'habitat. |
| | |Ex 6-15 |
|H.6.2|3 |Écrire l'équation chimique de la réaction de combustion d'un |
|9. | |hydrocarbure ou d'un biocarburant et effectuer un bilan de matière. Ex |
| | |résolu Ex 1-2-3-4-11-12-13-14-17-21-22-23 |
|H.6.3|2 |Montrer expérimentalement que, lors d'une combustion, le système |
|0. | |transfère de l'énergie au milieu extérieur sous forme thermique et |
| | |estimer la valeur de cette énergie libérée TP |
|H.6.3|1 |Associer à une transformation exothermique une diminution de l'énergie |
|1. | |du système chimique. Ex 5-16-22 |
|H.6.3|1 |Citer les dangers liés aux combustions et les moyens de prévention et |
|2. | |de protection. Activité exp 2 Ex 7-8-9-10-18-19-20 |
2 Questionnements- Investigations Quels produits se forment lors de la combustion d'un combustible ménager
Quelles sont les conditions d'une bonne combustion
Quelle quantité d'énergie thermique libère une combustion
Quel risques encourus lors d'une combustion ?
Quelles règles de sécurités ?
Quel extincteur pour quel feu ? (étouffe, baisse T...)
Quel mécanisme teste la combustion d'une chaudière
Pourquoi la flamme est bleue puis jaune..
Quelles techniques dans les alarmes (détection température, CO, CO2 ?)
Quelle est la meilleure source d'énergies ?
PCI,PCS ?
Pourquoi certains gaz sont toxiques ?
Est-ce qu'une combustion crée toujours des gaz toxiques
Les camions sont-ils les plus gros pollueurs ?
Quelles densité du CO, CO2 par rapoort auN2, O2, vaut il mieux rester au
sol ? Une expérience de bougie démythifiée - Scilabus 22
https://www.youtube.com/watch?v=0Xbh5T3r2A4 3 Activité expérimentale : Energie et conbustion d'une bougie (acide
stéarique)
| Dispositif expérimental : |[pic][pic] |
|Une canette en aluminium, du papier d'aluminium, | |
|une bougie et une sonde thermométrique. | |
|Une balance de pesée de bonne précision. | |
|Réaliser et observer : | |
|Peser une masse (m = 100 g) d'eau. | |
|Verser l'eau dans la canette, noter la température | |
|(i. (i = ... °C. | |
|Peser la bougie et noter sa masse : mi = | |
|.............. g. | |
|Disposer le cylindre autour du dispositif. | |
|Allumer la bougie. | |
|Agiter l'eau. | |
|Eteindre la bougie lorsque la température est (f. | |
|(f = 40 °C. | |
|Peser la bougie et noter sa masse : mf = | |
|.............. g. | |
1 Questions : 1) D'où vient l'énergie nécessaire à l'élévation de la température de
l'eau ?
2) Déterminer l'énergie nécessaire à l'eau pour passer de (i à (f.
Rappel : [pic]; avec : c = 4180 J.kg-1.°C-1.
3) Déterminer l'énergie fournie par la combustion de l'acide stéarique de
la bougie, sachant que le Pouvoir Calorifique de l'acide stéarique vaut :
PC = 4,0.107 J.kg-1. (D'où : Q' = 4,0.107 . (mi - mf((.
4) Comparer ce résultat avec l'énergie thermique reçue par l'eau ; ces
valeurs sont-elles égales ? Justifier votre réponse. 2 Réponses 1) L'énergie nécessaire à l'élévation de la température de l'eau provient
du transfert thermique cédé par la réaction de combustion de l'acide
stéarique.
2) Le transfert thermique reçu par l'eau au cours de l'expérience est :
Q = 0,100 × 4180 × (30 - 10) = 8,36.103 J.
3. Le transfert thermique cédé par le système est Q' = (mi - mf) × PC = 7,5
× 10-4 × 4,0 × 107 = 3,0 × 104 J.
Valeur nettement supérieure à l'énergie thermique reçue par l'eau :
une partie notable de l'énergie thermique cédée par la réaction de
combustion est perdue : la faute au «bricolage» expérimental. Remarques : . Le papier d'aluminium sert à limiter les pertes thermiques par
rayonnement.
. Au transfert thermique reçu par l'eau devrait en fait s'ajouter celui
reçu par la canette (si la canette est en aluminium, sa capacité
thermique massique vaut c = 0,90 J·g-1·°C-1 contre 0,46 J·g-1·°C-1
pour une canette en fer) et de l'agitateur. On devrait donc écrire : Q
= 100 × 4,18 × (30 - 10) + mcanette c × (30 - 10) + C × (30 - 10)
avec mcanette la masse de la canette et C la capacité thermique de
l'agitateur.
. On constate également que du noir de carbone s'est déposé sous la
canette ce qui atteste du caractère incomplet de la combustion.
. Le fait de travailler avec des températures initiale de l'ordre de 10
°C et finale de l'ordre de 30 °C (pour une température ambiante de 20
°C, soit une amplitude de la température de travail de l'ordre de 10
°C) permet de compenser le réchauffement de l'eau non dû à la
combustion de la bougie en dessous de la température ambiante (lors de
l'expérience, l'eau est constamment au contact avec un thermostat à la
température ambiante) par le refroidissement de l'eau lorsqu'elle se
trouve au-dessus de la température ambiante.
. L'équation de la réaction de combustion (complète) de l'acide
stéarique est :
C18H36O2 + 26 O2 ( 18 CO2 + 18 H2O
4 Etude de la combustion
1 Qu'est-ce que la combustion
|Définition : La combustion est une réaction |[pic] |Energie |
|chimique exothermique (c'est-à-dire | |d'activation : |
|accompagnée d'une production d'énergie sous | |flamme, étincelle |
|forme de chaleur) par la combinaison de deux| |Combustible: gaz, |
|corps : le combustible et le comburant. Pour| |essence, bois, ... |
|qu'une combustion puisse commencer, il faut | |Comburant :dioxygène |
|un apport d'énergie afin d'activer la | |de l'air |
|réaction (triangle du feu). | | |
2 Rappel sur la mole : la mole est une unité de comptage au même titre que la centaine, la
vingtaine ou la douzaine, sauf que cette unité de comptage est immense une
mole représente 6,02.1023 éléments considérés (atomes , molécules,
betteraves, choux-fleur...) |[pic] |. n : quantité de matière en |
| |mol. |
| |. m : masse du composé en g |
| |. M : masse molaire du composé |
| |en g.mol-1 |
3 Réaction de combustion du méthane :
|La combustion complète d'un hydrocarbure (exemple |[pic] |
|le méthane) avec le dioxygène de l'air, conduit à | |
|la formation de dioxygène de carbone et d'eau. | |
|Exemple : | |
|les chaudières à condensation à gaz utilisant | |
|comme combustible le méthane. | |
|L'équation de la réaction est : | |
| | |
|[pic] | |
|[pic] | | Lors d'une combustion, les quantités de matières initiales (en mole)
doivent être dans les proportions st?chiométriques de l'équation de la
réaction.
Les quantités de matières des réactifs diminuent, tandis que celles des
produits augmentent. Pour cela, on utilise un tableau d'avancement.
Exemple : Combustion de 0,1 mol d'éthanol "C2H6O" avec 0,6 mol de
dioxygène "O2" : |Equation de la réaction | C2H6O (l) + 3 O2 (g) [pic] |
| |2 CO2 (g) + 3 H2O (g) |
|Etat initial (mol) |x = 0 |0,1 |0,6 |0 |0 |
|Etat intermédiaire |x |0,1 - x |0,6 - 3 x |2 x |3 x |
|(mol) | | | | |