réactions de combustion - Lycée Jacques Monod, CLAMART

Physique-Chimie 2nde
Lycée Jacques Monod
Sport
REACTIONS DE COMBUSTION
ð Compétences :
- suivre un protocole
- respecter les consignes de sécurité
- identifier les produits de réaction
- écrire l'équation d'une réaction chimique
ð Problème 1 : qu'est-ce qu'une combustion ?
Lors des randonnées, les marcheurs ont besoin le soir de manger pour combler
les dépenses énergétiques de la journée. Il existe des réchauds transportables
qui leur permettent de faire cuire des aliments. Le fonctionnement de ces
réchauds est basé sur la combustion du butane.
Ici, nous allons étudier la combustion d’un gaz de la même famille : le méthane.
Matériel: éprouvette à gaz, soucoupe, verre de montre, pince en métal, chiffon, boîte
d'allumettes, eau de chaux, modèle moléculaires
1) Expérience 1 :
1. Aller recueillir le gaz dans une éprouvette par déplacement d’eau.
2. Retourner à votre table avec l’éprouvette en maintenant celle-ci verticale et ouverture vers le bas.
3. Retourner l’éprouvette vers le haut et vers un mur et enflammer immédiatement le gaz
avec une allumette.
4. Tout de suite, verser de l’eau de chaux au fond de l’éprouvette et agiter celle-ci.
Questions :
1) Réaliser les schémas des étapes 1,3 et 4.
2) Noter vos observations
3) Quelles sont vos conclusions ?
2) Expérience 2:
1 Aller rechercher du gaz comme précédemment.
2. Enflammer celui-ci comme avant en maintenant un verre de montre avec une pince près de
l’ouverture de l’éprouvette.
Questions :
1)
Noter vos observations.
2)
Quelles sont vos conclusions ?
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3) Expérience 3 : La formule brute du méthane est : CH4.
1)
A l’aide des modèles moléculaires, modéliser les réactifs et les produits de cette
réaction de combustion.
2)
Représenter les formules développées de ces réactifs et produits.
3)
Ecrire l’équation de la réaction.
4)
Répondre au problème 1.
ð Problème 2 : Détermination de la valeur énergétique d’un fruit sec :
quelle est la quantité d’énergie libérée par la combustion de 100 g
d’amandes ?
Les fruits secs ont des qualités nutritionnelles intéressantes : ils apportent vitamines, acides gras
essentiels, oligoéléments, etc. Il faut cependant les consommer avec modération car leur valeur
énergétique est élevée.
Matériel : éprouvette graduée de 100 mL, soucoupe, balance, amande, un support avec
tige en métal, une potence supportant une canette et un thermomètre, une cheminée en
aluminium
Expérience : Nous allons mesurer l’élévation de température de 100 mL d’eau à la suite de la
combustion d’une amande.
thermomètre
canette en
aluminium
amande
cheminée
en
aluminium
(grande
canette)
tige en
métal
Informations
L’énergie libérée par la combustion de la masse Δm de fruit sec est reçue par l’eau (sous forme de
chaleur) ; sa température augmente.
La chaleur Q reçue par l’eau est liée à la masse de l’eau, à la variation de la température et à
un coefficient C par la relation : Q = meau x Ceau x (T2 – T1)
Avec la « chaleur massique de l’eau » Ceau = 4,184 J.°C-1.g-1.
Remarque : une partie de l’énergie libérée par la combustion est reçue par l’aluminium
(canette) et par l’air. Pour simplifier les calculs, on ne tiendra pas compte de ces facteurs.
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L’énergie E libérée par la combustion de 100 g de fruit sec est donnée par :
E exprimée en k
E=
Protocole :
1. Verser 100 mL d’eau dans la petite canette.
2. Introduire le thermomètre dans l’eau et relever la température de l’eau T1 au début de l’expérience.
3. Peser l’amande et relever la masse m1 de cette amande au début de l’expérience.
4. Placer l’amande sur la tige en métal
5. Enflammer l’amande avec une allumette par le dessous.
6. Placer l’amande sous la canette et placer la cheminée en aluminium autour.
7. Attendre la fin de la combustion et prélever la température finale T2 de l’eau.
8. Récupérer les restes d’amande et déterminer la masse finale m2 d’amande.
Attention !! Ici, il existe des pertes de chaleur via la cannette et l’air environnant, et la combustion
étudiée n’est pas exactement celle se déroulant dans l’organisme : la valeur obtenue est donc un
ordre de grandeur et non une mesure exacte de l’énergie libérée.
Questions :
1) Quelle est la masse de 100 mL d’eau ? Donnée : ρeau = 1.0 g.mL-1.
2) Calculer la variation de masse Δm = (m2 – m1) d’amande lors de la combustion.
3) Calculez la variation ΔT = (T2 – T1) de la température de l’eau lors de la combustion
4) Calculer la quantité d’énergie libérée par la combustion de 100 g d’amandes
5) Convertir cette énergie en calories.
On parle souvent des « calories » des aliments que nous mangeons, mais qu’est qu’une calorie ?
Définition : Unité de quantité de chaleur équivalant à la quantité de chaleur nécessaire pour élever
d’1°C la température d’un gramme […] d’eau […]
Il faut apporter une calorie (cal) à un gramme d’eau pour élever sa température d’un degré Celsius.
Equivalence : 1 cal = 4,184 J