Les hydrocarbures, produits issus du pétrole et de la raffinerie, sont omniprésents dans le monde. Mais leur combustion, à travers de multiples usages, le chauffage entre autres, n’est pas sans effets négatifs.
8Comprendre les avantages et les inconvénients
de la combustion du carbone et des hydrocarbures
1La combustion d’un hydrocarbure
ALe principe
- Les molécules d’hydrocarbures sont composées exclusivement d’atomes de carbone (C) et d’hydrogène (H). Leur formule brute est CnH2n+2 (où n est un entier naturel).
Exemple :
Le méthane : CH4 ; L’éthane : C2H6 ; Le propane : C3H8 ; Le butane : C4H10.
- La combustion complète d’un hydrocarbure (CnH2n+2) dans le dioxygène (O2) forme de l’eau (H2O) et dégage du dioxyde de carbone (CO2) :
hydrocarbure + dioxygène → eau + dioxyde de carbone. - Lorsque la quantité de dioxygène est insuffisante, on parle de combustion incomplète. En plus de l’eau et du dioxyde de carbone, des résidus de combustion sont alors formés, tels que du monoxyde de carbone (CO), des particules de carbone (C), des hydrocarbures et des composés organiques volatils (COV).
Attention
Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et mortel.
- On peut reconnaître le type de combustion à la flamme qu’elle produit : la flamme d’une combustion complète est bleue, celle d’une combustion incomplète est jaune.
- La combustion d’un hydrocarbure dégage également de l’énergie (thermique).
BLes équations de combustion
- Pour équilibrer une équation en chimie, on doit retrouver le même nombre d’atomes du côté des réactifs (à gauche) que du côté des produits (à droite).
- L’équation de la combustion complète du méthane (CH4) est :
- L’équation de la combustion incomplète du méthane (CH4) est :
- D’une manière générale, la combustion complète des hydrocarbures est de la forme :
2Le calcul des masses des produits formés
La quantité de matière n contenue dans un produit est déterminée par la formule (voir chapitre 16 pour les définitions de la mole et de la masse molaire) : avec :
- –m : la masse de l’échantillon en gramme (g) ;
- –M : la masse molaire en gramme par mole (g/mol) ;
- –n : la quantité de matière en mole (mol).
3L’énergie thermique libérée lors d’une combustion
La quantité de chaleur émise lors d’une combustion est donnée par la formule :
avec :
- –m : la masse (g) ;
- –C : la capacité thermique massique (J/g/°C) ;
- –(θf – θi) : la différence entre la température finale et la température initiale (°C) ;
- –Q : la quantité de chaleur (J).