Cours de Physique – Chimie Première S
Partie : Agir défis du XXIes
Thème : Convertir l'énergie et économiser les ressources Chapitre XIX
COMBUSTION ET ÉNERGIE CHIMIQUE Compétences attendues :
• Recueillir et exploiter des informations sur le stockage et la conversion d'énergie chimique.
• Écrire une équation de combustion.
• Argumenter sur l'impact environnemental des transformations mises en jeu.
• Déterminer l'ordre de grandeur de la masse de CO2 produit lors du déplacement d'un véhicule.
Éclairage, transport, chauffage,... l'Homme consomme à chaque instant de l'énergie chimique.
I- La combustion : un mode de conversion de l'énergie chimique 1°) Énergie chimique
L'énergie chimique est liée à la rupture et à la formation des liaisons covalentes qui se produisent au sein des molécules.
2°) La réaction de combustion
La combustion permet de libérer de l'énergie chimique en la convertissant en énergie thermique.
L'énergie thermique peut être utilisée telle qu'elle ou convertie en d'autres formes d'énergie (énergie rayonnante, électrique, mécanique) grâce à un transfert thermique.
La combustion complète d'une espèce organique conduit à la formation de dioxyde de carbone et d'eau.
Rappel : Équation de combustion
Dans l'écriture d'une équation de combustion, on commence par ajuster les nombres stœchiométriques pour vérifier la conservation des éléments carbone et hydrogène ; on vérifie ensuite la conservation de l'élément oxygène en ajustant les nombres stœchiométriques correspondants.
Lorsque l'apport en dioxygène est insuffisant, la combustion devient incomplète et d'autres espèces chimiques peuvent se former : le carbone C (fine poudre noir) ou le monoxyde de carbone CO (gaz toxique).
3°) Énergie libérée lors d'une combustion
Une réaction de combustion est toujours exothermique : le système chimique en combustion libère de l'énergie au milieu extérieur.
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L'énergie libérée par la combustion complète d'une quantité de matière n de combustible est donnée par la relation :
L'ordre de grandeur d'une énergie molaire de combustion est de 1000 à 10 000 kJ.mol-1soit 10 à 100 fois plus grand que celles de changement d'état.
Changement d'état : 10 à 102 kJ.mol-1 Combustion : 103 à 104 kJ.mol-1
Transformation nucléaire : 1011 à 1013 kJ.mol-1 II- Impact environnemental des combustions
De part ses activités industrielles et domestiques, l'Homme est la principale source de modification des équilibres climatiques et de la pollution atmosphérique.
C'est principalement l'extraction et l'usage des combustibles fossiles qui en sont responsables.
1°) L'effet de serre
La combustion des combustibles organiques (hydrocarbure, gaz, alcool,....) produit du dioxyde de carbone, gaz à effet de serre dont le rejet dans l'atmosphère participe au réchauffement climatique.
Pour estimer la masse de CO2 produit par un moteur à explosion, il faut : 1. Évaluer la quantité de matière de combustible consommé.
2. Écrire l'équation de combustion, puis construire le tableau d'avancement.
3. Calculer l'avancement maximal en considérant que le dioxygène présent dans l'air est en léger excès.
4. En déduire la quantité de matière puis la masse de CO2 produit.
2°) Les pluies acides
Les pluies acides sont dues aux divers oxydes issus de combustions.
3°) Limiter la pollution
III- Stockage de l'énergie chimique 1°) Les réservoirs naturels
Le pétrole, le charbon, le gaz naturel et la biomasse constituent des réservoirs naturels d'énergie chimique.
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2°) Les piles et les accumulateurs
Les piles et les accumulateurs servent à stocker de l'énergie sous forme chimique. Ce sont des générateurs électrochimiques : ils sont le siège de transformation chimique qui fournissent de l'énergie électrique à un circuit extérieur.
Une partie de l'énergie libérée est dissipée sous forme d'énergie thermique.
A la différence d'une pile classique, l'apport des réactifs (dihydrogène, méthanol, etc.... et O2) s'effectue en continu dans le cas d'une pile à combustible.
Un accumulateur fonctionne sur le même principe qu'une pile mais peut être rechargé.
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