Chimie Effet thermique d`une réaction de combustion et changement

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1ère S
Thème : Défis du XXIème siècle
TP n°19
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 de 2,0 g 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.
M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1
Matériel mis à votre disposition :
Canette en aluminium, eau distillée, coupelle métallique, éthanol,
balance, thermomètre, éprouvette, bécher, support, allumettes.
1.1. Décrire précisément, à l’aide de schémas éventuellement, le protocole expérimental que vous devez réaliser.
Indiquer toutes les grandeurs à mesurer.
Appeler le professeur avant de réaliser l’expérience.
Faire les calculs nécessaires pour répondre au 1er objectif du TP. Exprimer cette énergie en joule par mole.
Écrire l’équation modélisant la combustion de l’éthanol C2H6O avec le dioxygène O2, sachant que les
produits sont l’eau 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 ?
• L’ énergie de combustion de l’éthanol vaut 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 2,0 g d’éthanol et on utilise l’énergie libérée pour réaliser le changement d’état à
partir de 30,0 g d’eau pure.
Matériel mis à votre disposition :
Canette en aluminium, eau distillée, coupelle métallique, éthanol, balance, thermomètre, éprouvette, bécher,
support, allumettes, pince métallique, bec électrique.
2.1. Décrire précisément, à l’aide de schémas éventuellement, le protocole expérimental que vous devez réaliser.
Indiquer toutes les grandeurs à mesurer.
1.2.
1.3.
Appeler le professeur avant de réaliser l’expérience.
2.2.
02/03/2016
Faire les calculs nécessaires pour répondre au 2ème objectif du TP. Exprimer cette énergie en joule par mole.
C18_energie_de_combustion.doc
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• 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.
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 ?
02/03/2016
C18_energie_de_combustion.doc
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