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⚗️ Physique-Chimie (spécialité)1ereFiche de révision

Combustions et énergie de liaison

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Fiche de révision

📝 Fiche de révision — Combustions et énergie de liaison

🔥 Combustions

  • Combustibles usuels : méthane (gaz naturel), butane, propane, essence, gazole, fioul, bois, charbon, éthanol, dihydrogène. Fossiles (gaz, pétrole, charbon) ou agrocarburants.
  • Combustion complète : combustible +O2→CO2+H2O+ \text{O}_2 \to \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}. Équilibrer C, puis H, puis O.
  • CH4+2 O2→CO2+2 H2O\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \to \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O} ; C3H8+5 O2→3 CO2+4 H2O\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \to 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O} ; C2H6O+3 O2→2 CO2+3 H2O\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\,\text{O}_2 \to 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O}.
  • Alcane : CnH2n+2+3n+12 O2→n CO2+(n+1) H2O\text{C}_n\text{H}_{2n+2} + \dfrac{3n+1}{2}\,\text{O}_2 \to n\,\text{CO}_2 + (n+1)\,\text{H}_2\text{O}.
  • Incomplète (manque de O2\text{O}_2) : CO\text{CO} toxique, suies.
  • Oxydoréduction : O2\text{O}_2 oxydant (O2/H2O\text{O}_2/\text{H}_2\text{O}), combustible réducteur (CO2/CH4\text{CO}_2/\text{CH}_4).

🔗 Énergie de liaison

Énergie à fournir pour rompre une mole de liaisons, en phase gazeuse ; positive ; kJ·mol⁻¹.

C–HC–CC–OC=O (CO2\text{CO}_2)O–HO=OH–H
415415348348356356804804463463498498436436

Rompre coûte, former libère la même quantité.

⚡ Énergie molaire de réaction

Er=∑E(liaisons rompues)−∑E(liaisons formeˊes)E_r = \sum E(\text{liaisons rompues}) - \sum E(\text{liaisons formées})

  • Er<0E_r < 0 : exothermique (combustions). Er>0E_r > 0 : endothermique.
  • Méthane : rompues 44 C–H +2+ 2 O=O =2 656= 2\,656 ; formées 22 C=O +4+ 4 O–H =3 460= 3\,460 ; Er=−804E_r = -804 kJ·mol⁻¹.
  • Compter les liaisons sur les formules développées, pour une mole d'équation.

🔋 Énergie libérée, pouvoir calorifique

E=n×∣Er∣=m×PCPC=∣Er∣M (J⋅kg−1)E = n \times |E_r| = m \times PC \qquad PC = \frac{|E_r|}{M}\ (\text{J}\cdot\text{kg}^{-1})

Méthane : PC=804×103/16,0×10−3=5,0×107PC = 804 \times 10^3 / 16{,}0 \times 10^{-3} = 5{,}0 \times 10^7 J·kg⁻¹ =50= 50 MJ·kg⁻¹. Ordres de grandeur : gaz, butane 4545 à 5050 ; essence 4444 ; éthanol 2727 ; bois 1515 ; H2\text{H}_2 120120 MJ·kg⁻¹.

Chauffer de l'eau : Q=meaucΔTQ = m_{\text{eau}} c \Delta T, c=4 185c = 4\,185 J·kg⁻¹·K⁻¹ ; masse de combustible =Q/(rendement×PC)= Q / (\text{rendement} \times PC).

🌍 Enjeux

  • Applications : chauffage, cuisson, transports, centrales, fusées.
  • Risques : CO2\text{CO}_2 (effet de serre), CO\text{CO} (toxique, combustion incomplète), particules, incendies, ressources fossiles limitées.
  • Recherche : agrocarburants, biogaz (méthanisation), dihydrogène, efficacité, captage du CO2\text{CO}_2.

⚠️ Pièges à éviter

PiègeCorrection
Oxygène équilibré avant C et HOrdre : C, H, puis O
Oublier l'oxygène de l'alcoolC2H6O\text{C}_2\text{H}_6\text{O} apporte un O
ErE_r = formées − rompuesErE_r = rompues − formées, négatif si exothermique
Liaisons mal comptéesDessiner les molécules ; CO2\text{CO}_2 a 22 C=O, H2O\text{H}_2\text{O} a 22 O–H
kJ et J, g et kg mélangésPCPC en J·kg⁻¹ : convertir

📌 À retenir

  1. Combustion complète : C, H, O ; incomplète : CO.
  2. Énergie de liaison : rompre 1 mol, gaz, positive.
  3. Er=∑rompues−∑formeˊesE_r = \sum \text{rompues} - \sum \text{formées}, <0< 0 exothermique.
  4. E=n∣Er∣=m×PCE = n|E_r| = m \times PC, PC=∣Er∣/MPC = |E_r|/M.
  5. CO2\text{CO}_2 et climat ; alternatives.

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