Combustion et énergie

1. Citer les 3 éléments du triangle du feu.
2. Quel est le rôle d'oxydant / de réducteur dans une combustion ?
3. Quels sont les produits formés lors d'une combustion complète d'un alcane ?
4. Que se passe-t-il si le dioxygène est en défaut lors d'une combustion ? Citer un produit dangereux qui se forme.
5. Le pouvoir calorifique PC d'un combustible représente quoi exactement ? Donner son unité.

Équilibrer les équations de combustion complète suivantes :

1. $\text{C}_3\text{H}_8 + \dots\,\text{O}_2 \to \dots\,\text{CO}_2 + \dots\,\text{H}_2\text{O}$
2. $\text{C}_2\text{H}_6 + \dots\,\text{O}_2 \to \dots\,\text{CO}_2 + \dots\,\text{H}_2\text{O}$
3. $\text{C}_5\text{H}_{12} + \dots\,\text{O}_2 \to \dots\,\text{CO}_2 + \dots\,\text{H}_2\text{O}$
4. $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \dots\,\text{O}_2 \to \dots\,\text{CO}_2 + \dots\,\text{H}_2\text{O}$
5. $\text{C}_4\text{H}_{10}\text{O} + \dots\,\text{O}_2 \to \dots\,\text{CO}_2 + \dots\,\text{H}_2\text{O}$

Un chauffe-eau au gaz de ville (méthane) mal entretenu fonctionne en combustion incomplète. Au lieu de produire uniquement du CO₂ et H₂O, il produit aussi du monoxyde de carbone CO.

1. Écrire l'équation chimique d'une combustion incomplète du méthane qui produit uniquement du CO et H₂O.
2. Pourquoi cette combustion est-elle particulièrement dangereuse ?
3. Quelle est la différence visuelle entre une combustion complète et une combustion incomplète d'un brûleur de gazinière ? Justifier.
4. Citer deux mesures pratiques pour éviter une combustion incomplète à la maison.

On utilise une cartouche de butane $\text{C}_4\text{H}_{10}$ (M = 58 g·mol⁻¹) pour faire bouillir 1,5 L d'eau (ρ = 1,0 kg·L⁻¹). La cartouche contient initialement 220 g de butane liquide. On mesure qu'une masse $m = 12\ \text{g}$ a été consommée pour porter l'eau à ébullition.

Données. PC(butane) = 49 MJ·kg⁻¹. Capacité thermique massique de l'eau : $c = 4{,}18 \times 10^3\ \text{J}\cdot\text{kg}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}$. On suppose la température initiale de 20 °C et finale de 100 °C. La quantité d'énergie reçue par l'eau pour passer de T_i à T_f est : $Q = m_\text{eau} \cdot c \cdot (T_f - T_i)$.

1. Calculer l'énergie libérée par la combustion de 12 g de butane.
2. Calculer l'énergie reçue par l'eau pour atteindre 100 °C.
3. Comparer les deux et calculer un « rendement » de l'opération. Discuter le résultat.

On compare l'énergie libérée par la combustion d'1 kg de plusieurs carburants. Données :

1. Calculer l'énergie libérée par la combustion de 1 L de chaque carburant. Lequel libère le plus par litre ?
2. Pour parcourir 100 km, une voiture a besoin d'environ 250 MJ. Quelle masse de chacun de ces carburants faut-il prévoir ?
3. Pourquoi l'hydrogène est-il considéré comme un carburant d'avenir, malgré sa très faible densité ?

On calcule l'énergie molaire de réaction $E_r$ de la combustion complète du méthanol $\text{CH}_3\text{OH}$.

1. Écrire et équilibrer l'équation de combustion complète du méthanol.
2. Donner la formule développée du méthanol et compter les liaisons qu'il contient.
3. Inventorier toutes les liaisons rompues (réactifs) et formées (produits). Penser à utiliser le coefficient stœchiométrique de l'équation.
4. Calculer $E_r$.
5. Comparer au méthane ($E_r = -804\ \text{kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$). Lequel libère le plus d'énergie par mole ? Est-ce surprenant ?

Données (kJ·mol⁻¹) : $E_\ell(\text{C-H}) = 415$, $E_\ell(\text{C-O}) = 358$, $E_\ell(\text{O-H}) = 463$, $E_\ell(\text{O=O}) = 498$, $E_\ell(\text{C=O}) = 804$.

Un automobiliste fait un trajet de 600 km avec sa voiture qui consomme en moyenne 6,5 L d'essence aux 100 km. On modélise l'essence par l'octane $\text{C}_8\text{H}_{18}$ (M = 114 g·mol⁻¹, ρ = 0,75 kg·L⁻¹).

1. Écrire l'équation de combustion complète de l'octane.
2. Calculer la masse, puis la quantité de matière d'octane consommée pour le trajet.
3. En déduire la masse de CO₂ rejetée dans l'atmosphère pour ce trajet.
4. Sachant que la moyenne mondiale d'émission individuelle est d'environ 4,5 tonnes de CO₂ par habitant et par an (transport + chauffage + alimentation + biens), quel pourcentage de cette empreinte annuelle représente le trajet ?
5. Si le même trajet était effectué avec une voiture électrique alimentée par 65 kWh d'électricité 100 % renouvelable, quelle serait l'émission directe de CO₂ ? Commenter.

Données : $M_\text{C} = 12{,}0$, $M_\text{O} = 16{,}0\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.