TP 18 L`énergie des hydrocarbures I. Combustion de - rmspc

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TP 18 L’énergie des hydrocarbures
Objectifs : Mettre en œuvre un protocole expérimental pour estimer la valeur de l’énergie libérée lors d’une combustion.
I. Combustion de la paraffine
Problématique : On se propose de déterminer l’énergie et la masse de CO2 que libère
chaque gramme de paraffine lors de sa combustion.
Document 1 : Les paraffines
Les paraffines sont des alcanes, c’est-à-dire des molécules linéaires d’hydrocarbures saturés. Pour
un grand nombre de carbones, les paraffines sont solides et on parle alors de cires. Elles sont
blanches, relativement transparentes et fondent à des températures comprises entre 40 et 71 °C.
Document 2 : Données
Chaleur latente de fusion de la paraffine : Lfus=1,42.103 J.g-1
Capacité calorifique de l’eau ceau=4,18 J.g-1.°C-1
Capacité calorifique de l’aluminium cAl=0,90 J.g-1.°C-1
Masses molaires M(C )=12,0 g.mol-1 ; M(O)=16,0g.mol-1.
Chaleur en Joules emmagasinée dans un corps qui s’échauffe : 𝑄 = 𝑚 × 𝑐 × Δ𝑇
Réaliser
1. Compte-tenu du matériel à disposition et du document 2, proposer un protocole expérimental pour
déterminer l’énergie libérée par gramme de paraffine brulé.
2. Schématiser l’expérience.
3. Réaliser l’expérience en remplissant le tableau suivant :
Masse initiale de la bougie
Masse du récipient métallique
Température initiale
Masse de l’eau
Masse finale de la bougie
Température finale
Analyser
4. En s’aidant des données, déterminer la formule littérale donnant l’énergie acquise par le récipient
métallique lors de la combustion.
5. Même consigne pour l’eau.
6. Déterminer la formule littérale donnant l’énergie cédée par la bougie lors de sa fusion.
7. Montrer, en invoquant le principe de conservation de l’énergie, que l’énergie libérée lors de la
combustion de la bougie est donnée par :
Elib  m bougie .L  meau .ceau . T  malu .calu . T
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Valider
8. Déterminer alors le pouvoir calorifique de la paraffine : il s’agit de l’énergie massique libérée au cours
de la combustion, donc en J.g-1 ou kJ.kg-1. (Valeur du prof : environ 40 kJ/g) Remarque : On dépense 1J
quand on élève une masse de 100g d’un mètre de haut.
9. Lister les sources d’erreur de cette expérience. Comment pourrait-on améliorer la précision de la
mesure ?
10. La paraffine est essentiellement composée d’un hydrocarbure de formule brute C25H52. Exprimer le
pouvoir calorifique de la paraffine en kJ.mol-1.
11. Écrire l’équation de la combustion complète de la paraffine.
12. Établir et compléter le tableau d’avancement de la combustion complète d’une mole de paraffine.
13. En déduire la masse m de dioxyde de carbone produite par la combustion complète d’une mole de
paraffine.
II. Choisir un biocarburant
Combustibles
Énergie de
combustion
massique (kJ/g)
Méthane
Éthane
Propane
Butane
2-méthylpropane
Méthanol
Éthanol
Butanol
Bois
55,6
52,0
50,5
46,9
49,4
22,7
29,7
36,2
18
Énergie de
combustion
molaire
(kJ/mol)
890
1560
2220
2877
2868
726
1367
2676
-
Pour comparer l’énergie transférée par différentes
combustions, on utilise l’énergie de combustion.
Cette grandeur indique l’énergie qui peut être
transférée par mole, par gramme ou par litre de
combustible. Les énergies de combustion des
principaux combustibles sont données dans le
tableau ci-contre : ainsi, connaissant la quantité
d’énergie attendue, on peut déterminer la masse de
combustible à brûler.
1. Donner la représentation de Lewis de chacun de ces combustibles (sauf le bois)
2. Comment varie l’énergie de combustion avec la longueur de la chaine carbonée ?
3. Quel est l’effet des ramifications, à nombre de carbone égal, sur l’énergie de combustion ?
4. À nombre de carbone égal, quel est l’effet de la présence d’un groupement hydroxyle ?
5. Une famille consomme 15 MJ pour chauffer un ballon d’eau domestique. Exprimer puis calculer la masse et la
quantité de matière de butane qu’elle brûle.
6. Et en brûlant du bois ?