TP 21 : Enthalpie de combustion du butane

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TP 21 : Enthalpie de combustion du butane
Le butane est un gaz dont la combustion libère de l’énergie thermique. On trouve ce gaz notamment dans
les briquets. Nous chercherons ici à déterminer l’énergie thermique libérée par une mole de butane, notée Emol. (Dans
des conditions normales de température et de pression).
Donnée :
Capacité thermique massique de l’eau : Ceau = 4,18.103 J.kg-1.K-1
Masses molaires atomiques en g.mol-1 : M(H) = 1
M(C)=12
M(O)=16
A- Etude du calorimètre utilisé
1. Principe de l’expérience à mener
Afin de déterminer l’énergie thermique libérée par la combustion du butane, nous allons mesurer la variation
de température d’une quantité d’eau précise ainsi chauffée.
Cette eau sera contenue dans une cannette de boisson, qui jouera donc le rôle de calorimètre.
 Pourquoi ne peut-on pas utiliser le calorimètre habituel ?
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Dans un premier temps, nous allons mesurer la capacité calorifique du calorimètre.
 Pourquoi doit-on connaître sa capacité calorifique ?
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2. Mesures
 Peser le calorimètre vide : mC = …………………………
 Verser environ 50 mL d’eau froide dans le calorimètre. En déduire par la mesure la masse m1 de l’eau contenue
dans le calorimètre, et sa température 1 :
m1 = …………………………
1
= …………………………
 Chauffer environ 50 mL d’eau dans un bécher jusqu’à environ 60°C. Notez alors précisément la température :
2
= …………………………
 Verser rapidement cette eau dans le calorimètre et agiter un peu : mesurer alors la température
f
f
du mélange :
= …………………………
 Déterminer enfin indirectement par la pesée la masse précise m 2 d’eau chaude introduite :
m2 = …………………………
Vider ensuite le calorimètre pour qu’il refroidisse
1S – L’énergie – Ch 13 : Ressources énergétiques
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3. Exploitation
 Exprimer puis calculer l’énergie thermique échangée par l’eau froide :
Q1 = .......................................................................................................................................................................
Commenter le signe de Q1.
................................................................................................................................................................................
 Calculer l’énergie thermique échangée par l’eau chaude :
Q2 = .......................................................................................................................................................................
Commenter le signe de Q2.
................................................................................................................................................................................
 Lorsqu’un système est isolé thermiquement, il n’échange pas de chaleur avec l’extérieur. Pourquoi n’a-t-on pas ici
Q1 + Q 2 = 0 ?
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 En déduire l’énergie Q échangée par le calorimètre (en la canette isolée thermiquement pendant l’expérience),
puis sa capacité thermique massique C.
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B- Etude de la combustion du butane
1. Mesures
 Mesurer la masse initiale du briquet, à 0,01 g près.
mi = …………………………
 Verser environ 50 mL d’eau froide dans le calorimètre. En déduire par la mesure la masse m eau de l’eau contenue
dans le calorimètre, et sa température 1 :
meau = …………………………
i
= …………………………
 Chauffer l’eau du calorimètre avec le briquet (grande flamme) pendant 60 s environ. Agiter ensuite pour
homogénéiser et mesurer la température finale de l’eau :
f
= …………………………
 Mesurer la masse finale du briquet, à 0,01 g près.
mf = …………………………
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2. Exploitation
 Calculer l’énergie thermique échangée par l’eau froide :
Q1 = .......................................................................................................................................................................
 Calculer l’énergie échangée par le calorimètre :
Q = ........................................................................................................................................................................
 S’il n’y a pas d’échange d’énergie avec l’extérieur du système {calorimètre + briquet}, en déduire l’énergie Q 2
libérée par la combustion du butane.
Q2 = .......................................................................................................................................................................
 En calculant la masse m de butane qui a brûlé et la masse molaire du butane, en déduire la quantité de butane n
qui a disparu au cours de la combustion :
................................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................
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 Déterminer enfin l’énergie molaire de combustion du butane Emol, à partir de Q2 et n.
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 Comparer l’erreur commise en % avec la valeur théorique : Emol, th = -,2.9.103 kJ.mol-1
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11. Rappeler l’équation de la combustion du butane :
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