Chapitre n°9 La combustion

I. la réaction de combustion

1) Combustible et comburant

Une combustion est une réaction d’oxydoréduction entre un combustible et un comburant ( en général le dioxygène)

Les couples sont: (CO₂ /Comburant)et (O₂/H₂O)

Dans cette réaction le combustible s’oxyde et le comburant se réduit.

Le combustible est ici généralement un alcane ou un alcool

https://www.youtube.com/watch?v=i3jh1Vf2dZ0

 

https://www.youtube.com/watch?v=jeEbYNxhC-I

 

2) Combustion complète

Une combustion est complète lorsqu’il ne se forme que de l’eau et du dioxyde de carbone

II. équation bilan d’une réaction de combustion

1) écriture de l’équation bilan

Pour une combustion complète on a la relation :

aC_xH_y O_z + bO₂ →c CO₂+dH₂O

Les coefficients stœchiométriques a, b, c, d doivent être ajustés
pour assurer la conservation des atomes

2) Combustion des alcanes et des alcools

a. Exemple n°1 combustion complète du méthanol : CH₄O

Donner l’équation de la combustion complète du méthanol

• Soit les Demi-équations électroniques :

(CH₄O+H₂O→CO₂+6H⁺+6e-)*2

(4H⁺+4e^–+O₂→2H₂O)*3

• L’équation bilan est

2CH₄O_(l)+3O_2(g) →4H₂O_(g)+2CO_2(g)

Pour faire un bilan énergétique aisément on met un coefficient
1 sur le comburant de l’équation de combustion soit:

CH₄O_(l) O_2(g) →2H₂O_(g)+CO_2(g)

b. Exemple n°2 de la combustion de l’éthane

• Soit les deux demi-équations électroniques :

(C₂H₆+4H₂O→2CO₂+14H⁺+14e-)*2

(4H⁺+4e^–+O₂→2H₂O)*7

• L’équation bilan est

2C₂H₆+7 O₂ →4CO₂+ 6H₂O

• Pour un coefficient 1 sur le carburant :

C₂H₆+ O₂ →2CO₂+ 3H₂O

c. Généralisation des réactions de combustion des alcanes et
alcools

Un alcane a pour formule C_nH_2n+2

La réaction de combustion aura pour formule : C_nH_2n+2+bO₂ →nCO₂+(n+1)H₂O

n assure la conservation de l’élément carbone

n+1 assure la conservation de l’élément hydrogène

Pour que l’élément oxygène soit conserver il faut que 2b=2n+n+1
soit

Comment équilibrer : C4H10 + O2 → CO2 + H2O (combustion du butane dans le dioxygène) (youtube.com)

 

Un alcool a pour formule C_nH_2n+2O

La réaction de combustion aura pour formule :

C_nH_2n+2O+bO₂ →nCO₂+(n+1)H₂O

Pour que l’élément oxygène soit conservé il faut que 1+2b=2n+n+1 soit

Comment équilibrer ? C2H5OH + O2 → CO2 + H2O (combustion éthanol) (youtube.com)

 

III. Energie libérée lors d’une combustion

1) Energie de liaison

En phase gazeuse, l’énergie qu’il faut fournir pour dissocier deux atomes A et B associés dans une liaison A-B, est l’énergie de liaison, notée : E_A-B

Cette énergie se note en kJ.mol^-1

2) Energie molaire d’une combustion

• L’énergie molaire de combustion E_comb correspond à toutes les énergies de liaisons qu’il faut fournir aux réactifs pour briser toutes leurs liaisons moins toutes les celles des produits qui se forment à partir des atomes isolés. Cette énergie est négative elle est exothermique

Energie
de combustion – Première (SPE) (youtube.com)

 

Le bilan énergétique de cette réaction est : E_comb=4E_C-H + 2E_O=O-(4E_O-H +2E_C=O)

L’application numérique donne : E_comb=4_*410+2 _* 494-(4 _* 460+2 _* 708)=-628kJ.mol^-1

3) Energie transférée lors d’une combustion

Lors d’une réaction de combustion la chaleur Q échangée par le milieu réactionnel avec l’extérieur est Q=n.E_comb avec n la quantité de matière de combustible présente

Cette grandeur est négative car le système constitué du milieu réactionnel perd de l’énergie et le libère vers l’extérieur

4) Le pouvoir calorifique

Le pouvoir calorifique PC d’une combustion est l’énergie que l’on peut récupérer par kg de combustible.

PC=-Q/m

IV. Combustions et enjeux de sociétés

L’essentielle de l’énergie utilisée par l’humanité dans le monde,80%, provient des énergies de combustion et principalement des énergies fossiles (pétrole gaz et charbon).

Le réchauffement climatique ainsi que l’épuisement des ressources posent un problème majeur pour l’avenir et nécessite de trouver une meilleure utilisation des ressources.