Le gaz de ville, l’essence, le bois ou le bioéthanol sont des combustibles : leur combustion avec le dioxygène libère de l’énergie sous forme thermique. Cette énergie, stockée dans les liaisons chimiques, peut être estimée à partir des énergies de liaison.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Citer des combustibles usuels et écrire l’équation d’une combustion complète
- Calculer l’énergie libérée par une combustion
- Estimer une énergie molaire de réaction à partir des énergies de liaison
- Discuter les enjeux sanitaires et environnementaux des combustions
1. Combustibles et équations de combustion
- Combustibles fossiles : gaz naturel (essentiellement du méthane), pétrole et ses dérivés (butane, propane, essence), charbon.
- Combustibles biosourcés : bois, bioéthanol, biogaz.
- Le comburant est le dioxygène de l’air.
La combustion complète d’un alcane ou d’un alcool ne produit que du dioxyde de carbone et de l’eau.
| Combustible | Équation de la combustion complète |
|---|---|
| méthane | CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O |
| propane | C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O |
| butane | 2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O |
| éthanol | C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O |
2. Énergie libérée par une combustion
Énergie molaire de combustion E_{comb} : Énergie échangée par le système lors de la combustion d’une mole de combustible (en J·mol−1 ou kJ·mol−1). Une combustion est exothermique : avec la convention « énergie reçue par le système », Ecomb < 0.
Q = n × |Ecomb|
Pouvoir calorifique : Énergie libérée par la combustion d’un kilogramme (ou d’un gramme) de combustible : PC = .
Pouvoir calorifique du méthane
- Donnée : |Ecomb| ≈ 802 kJ·mol−1 (eau formée à l’état gazeux) et M(CH4) = 16,0 g·mol−1.
- PC = ≈ 50,1 kJ·g−1.
Environ 50 MJ par kilogramme de méthane
3. Estimer l’énergie avec les énergies de liaison
L’énergie de liaison est l’énergie à fournir pour rompre une mole de liaisons, en phase gazeuse. Pour une réaction entre espèces gazeuses : il faut fournir de l’énergie pour rompre les liaisons des réactifs, il en est libéré lors de la formation des liaisons des produits.
Er ≈ Σ E(liaisons rompues) − Σ E(liaisons formées)
Combustion du méthane (tout à l’état gazeux)
Valeurs moyennes : E(C–H) = 415 kJ·mol−1 ; E(O=O) = 498 kJ·mol−1 ; E(C=O) = 804 kJ·mol−1 dans CO2 ; E(O–H) = 463 kJ·mol−1.
- Liaisons rompues : 4 C–H + 2 O=O = 4 × 415 + 2 × 498 = 2 656 kJ·mol−1.
- Liaisons formées : 2 C=O + 4 O–H = 2 × 804 + 4 × 463 = 3 460 kJ·mol−1.
- Er ≈ 2 656 − 3 460 = −804 kJ·mol−1.
Valeur proche de la mesure (environ −802 kJ·mol−1) : la réaction est exothermique.
4. Enjeux des combustions
- Le CO2 rejeté est un gaz à effet de serre qui contribue au réchauffement climatique.
- Les combustibles fossiles ne sont pas renouvelables à l’échelle humaine.
- Les combustions produisent aussi des polluants (particules, oxydes d’azote, CO en cas de combustion incomplète).
À retenir
- Combustion complète d’un composé C, H, O → CO2 + H2O.
- Q = n × |Ecomb| ; pouvoir calorifique = énergie libérée par unité de masse.
- Er ≈ Σ E(rompues) − Σ E(formées) pour des espèces gazeuses.
- Combustion incomplète : production de CO, très toxique.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.