09/04/2018 C18_energie_de_combustion2.doc 1/2
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1ère S Thème : Défis du XXIème siècle TP n°24
Chimie Effet thermique d’une réaction de combustion et changement d’état Chap.18
L’énergie nécessaire au fonctionnement des voitures à moteur thermique est libérée par combustion des molécules organiques contenues dans le carburant. Comment mesurer l’énergie libérée lors d’une réaction de combustion ? I. Calcul et comparaison de différentes énergies molaires
La cohésion de la matière (essentiellement à l’état solide et liquide) est assurée par les interactions intermoléculaires. On se propose de déterminer l’énergie mise en jeu lors de ces interactions.
Objectifs
Déterminer l’ordre de grandeur de l’énergie molaire de combustion (interaction intramoléculaire).
Déterminer l’ordre de grandeur de l’énergie molaire de changement d’état d’un corps pur (interaction intermoléculaire).
Comparer les deux valeurs précédentes aux valeurs théoriques.
1. Énergie molaire de combustion Principe
On réalise la combustion d’une masse m d’éthanol et on utilise l’énergie libérée pour chauffer 100,0 g d’eau pure.
Données :
Il faut 4180 J pour élever d’un degré Celsius une masse d’un kilogramme d’eau pure.
Il faut 900 J pour élever d’un degré Celsius une masse d’un kilogramme d’aluminium.
Matériel mis à votre disposition :
Canette en aluminium, eau distillée, flacon d’éthanol, balance, thermomètre, éprouvette de 100 mL, bécher, support, allumettes, chronomètre.
1.1. Proposer, à l’aide de schémas, un protocole expérimental. Indiquer toutes les grandeurs à mesurer.
Faire vérifier votre protocole par le professeur puis réaliser l’expérience après son accord.1.2. Faire les calculs nécessaires pour répondre au 1er objectif du TP. Exprimer cette énergie en joule par mole.
1.3. Écrire l’équation modélisant la combustion de l’éthanol C2H6O avec le dioxygène O2, sachant que les produits sont l’eau liquide et le dioxyde de carbone.
1.4. Que signifie l’augmentation de la température de l’eau dans la canette, d’un point de vue énergétique ?
La valeur théorique de l’énergie de combustion de l’éthanol est de 1366 kJ.mol-1. 1.5. Proposer une définition de cette énergie.
1.6. Comparer cette valeur à celle obtenue lors de votre expérience et proposer une explication à la différence observée.
2. Énergie molaire de changement d'état Principe
On réalise la combustion de la même masse d’éthanol et on utilise l’énergie libérée pour réaliser le changement d'état de 30,0 g d’eau pure.
Matériel mis à votre disposition :
Canette en aluminium, eau distillée, flacon d’éthanol, balance, thermomètre, entonnoir, éprouvette, bécher, support, agitateur en verre, allumettes, pince métallique, plaque chauffante, chronomètre.
2.1. Proposer, à l’aide de schémas, un protocole expérimental. Indiquer toutes les grandeurs à mesurer.
Faire vérifier votre protocole par le professeur puis réaliser l’expérience après son accord.2.2. Faire les calculs nécessaires pour répondre au 2ème objectif du TP. Exprimer cette énergie en joule par mole.
L’énergie molaire de changement d’état (vaporisation) de l’eau, appelée chaleur latente de vaporisation, est égale à 41,0 kJ.mol-1.
2.3. Proposer une définition de cette énergie.
2.4. Comparer cette valeur à celle obtenue lors de votre expérience et proposer une explication à la différence observée.
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II. Le bioéthanol
Depuis les années 1970, au Brésil, certains véhicules utilisent l’éthanol comme carburant plutôt que l’essence. Cet alcool est élaboré à partir de matières agricoles, comme la canne à sucre ou les céréales. Devant la diminution des ressources en combustibles fossiles, l’éthanol apparaît comme une source d’énergie alternative possible. Son emploi s’étend actuellement à d’autres pays, où il est mélangé à de l’essence ordinaire.
On l’a récemment renommé « bioéthanol », afin de mettre en avant son origine végétale. La consommation d’un véhicule fonctionnant au bioéthanol est supérieure d’environ 30 % à celle d’un véhicule essence équivalent.
Donnée : La masse volumique de l’éthanol est µ = 0,81 kg.L-1. Exploiter
1) A l’aide de la question 1.3, déterminer la masse de dioxyde de carbone produite lors de la combustion d’un kilogramme d’éthanol.
2) Il y a 1100 km de route entre Porto Alegre et São Paulo au Brésil. Quelle masse de dioxyde de carbone rejettera une voiture consommant 12 litres d’éthanol aux cent kilomètres ?
3) Comparer à la masse de dioxyde de carbone rejetée par une voiture essence équivalente, pour laquelle l’émission est de l’ordre de 160 g de dioxyde de carbone par kilomètre
4) Conclure : pourquoi classe-t-on malgré tout le bioéthanol dans les énergies vertes ?
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Barème et NOTE : Critère A = 2 : Critère B = 1 : Critère C = -1 ; Critère D = -2 Questions
I.1.1 I.1.2 et
suite I.2.1 I.2.2 et
suite II Rédaction
CHS - Unités
NOTE
Critère A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D
.../
20
Coefficient 3 3 3 3 2 2
NOTE = ENT( 20
4 SCF (SOMMEPROD((critère);(coefficient))+ 2 SCF)) où ENT est la partie entière du nombre et SOMMEPROD la somme des produits entre le critère et le coefficient et SCF la somme des coefficients
