Stocker et convertir de l’énergie chimique

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Fiches
Classe(s) : 1re S | Thème(s) : Convertir l’énergie et économiser les ressources


Rappels de cours

1 L’énergie des combustions

A L’énergie chimique

► L’énergie peut rarement être consommée au fur et à mesure et sur le lieu même de sa production : il est donc nécessaire de la stocker et de la transporter.

► L’énergie chimique constitue un réservoir d’énergie qu’il est possible de libérer au cours d’une réaction de combustion. Elle est liée à la rupture et à la formation des liaisons covalentes.

B La combustion : un mode de conversion de l’énergie

► Toute réaction de combustion d’un combustible fossile (pétrole, gaz naturel) ou issu de la biomasse (biodiesel) convertit de l’énergie chimique sous forme thermique essentiellement.

► Une combustion est une réaction exothermique, car le système chimique cède de l’énergie au milieu extérieur. La combustion d’un combustible fossile transfère au milieu extérieur, sous forme thermique, une énergie de l’ordre de 103 à 104 kJmol1 (kilojoule par mole de combustible brûlé).

2 Combustion et environnement

► Un combustible fossile, ou provenant de la biomasse, contient principalement les éléments chimiques carbone et hydrogène. Sa combustion complète conduit à la formation de dioxyde de carbone et d’eau. Lorsque l’apport en dioxygène est insuffisant, la combustion devient incomplète et il peut se former du carbone C (fine poudre noire) ou du monoxyde de carbone CO (gaz toxique).

► Le dioxyde de carbone issu de la combustion des combustibles organiques est responsable de l’augmentation de l’effet de serre et accélère le dérèglement climatique. Les oxydes (SO2, NO2, etc.) issus des combustions favorisent en outre la formation des pluies acides.

Méthode

Déterminer la masse de dioxyde de carbone produite par une voiture

L’essence utilisée comme carburant dans les voitures est essentiellement constituée d’alcanes de formule brute C8H18.

1. Écrire l’équation de la combustion des alcanes dans le moteur en supposant qu’elle est complète.

2. Un véhicule consomme en moyenne V=6,4L d’essence pour parcourir 100 km. Déterminer, pour 1 km parcouru, la masse de dioxyde de carbone rejetée dans l’atmosphère.

Donnée : ρessence=710gL1.

Solution

1. La réaction de combustion d’un alcane correspond à sa réaction avec le dioxygène . Lorsqu’elle est complète il se forme du dioxyde de carbone et de l’eau. L’équation de la réaction de combustion de l’essence s’écrit :

2C8H18+25O216CO2+18H2O.

2. On détermine d’abord la quantité de matière d’alcane brûlée pour un parcours de 1 km : m=ρessence×V100 et n=mM(C8H18)=ρessence×V100×M(C8H18)=710×6,4100×114=0,40mol.

Aide La combustion est supposée complète. Le dioxygène est donc en excès.

On utilise un tableau d’avancement pour déterminer la quantité, puis la masse de CO2 produite.

Équation

2C8H18+25O216CO2+18H2O

État initial

x=0

0,40

excès

0

0

État final

xmax

0,402xmax

excès

16xmax

18xmax

D’après le tableau d’avancement, dans l’état final : 0,402xmax=0. Donc : xmax=0,402=0,20mol.

La quantité de dioxyde de carbone produite est donc : n(CO2)=16xmax=16×0,20=3,2mol.

La masse de dioxyde de carbone correspondante est :m(CO2)=n(CO2)×M(CO2)=3,2×44=1,4×102g.