1.1. Écrire une réaction de combustion
La combustion complète d'un alcane ou d'un alcool donne toujours du dioxyde de carbone et de l'eau.
C'est une réaction exothermiquedégage
de
l'énergie d'oxydoréduction entre un réducteur (combustible) et un oxydant, l'oxygène.
Exemples :
Combustion d'un alcane : méthane (doc 1)
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Combustion d'un alcool : éthanol (phase gazeuse)
C2H6O(g) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g)
doc 1. Combustion du méthane
(gaz de ville)
1.2. Pouvoir calorifique PC et énergie libérée ℰ
Le pouvoir calorifique PC d’un combustible est l’énergie que la combustion complète d’un kilogramme (doc 2) de combustible cède à l’environnement.
On peut calculer l’énergie ℰ libérée par la combustion d'une certaine masse m de combustible avec la formule :
ℰ = m × PC
Le pouvoir calorifique s’exprime en J·kg-1 ou en kJ·kg-1 ou MJ·kg-1.
Exemple : La combustion de 10 kg de bois libère 10 x 16 = 160 MJ.
doc 2. quelques pouvoirs calorifiques
(varient un peu d'un doc à l'autre)
| combustible | PC (MJ.kg-1) |
| méthane | 50 |
| butane | 48 |
| essence | 46 |
| diesel | 45 |
| éthanol | 30 |
| bois | 16 |
1.3. Énergie molaire de liaison ℰℓ
Quelles liaisons vont évoluer au cours de nos combustions ?
Réactifs : C-C et C-H (alcane) et C-O et O-H (alcool). O=O dans O2.
Produits : C=O dans le CO2 et H-O dans H2O.
L’énergie molaire ℰℓ d’une liaison est l’énergie nécessaire à sa rupture dans une mole de molécules (doc 3).
Les énergies données correspondent aux phases gazeuses !
doc 3 : énergies molaires de liaison
(phase gazeuse)
| liaison | ℰℓ (kJ.mol-1) |
| C-H | 412 |
| C-C | 348 |
| C-O | 354 |
| O=O | 498 |
| C=O (CO2) | 804 |
| H-O | 463 |
1.3. Énergie molaire de réaction ℰr
Au cours d'une combustion, l’énergie totale libérée lors de la formation des liaisons des produits est supérieure à celle nécessaire pour casser les liaisons des réactifs.
Pour cela, la combustion est dite exothermique (elle libère de la chaleur).
L’énergie molaire de réaction a pour expression :
ℰr = Σℰℓ (réactifs) - Σℰℓ (produits)
Pour une combustion complète, l’énergie molaire de réaction est l’énergie correspondant à la combustion complète de 1,0 mol de combustible.
Elle est toujours négative 👉 réaction exothermique
Exemple : Combustion du méthane
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
Liaisons à casser (énergie absorbée) : (doc 3 et 4)
4 liaisons C-H 👉 4 × 412 = 1648 kJ
2 liaisons O=O 👉 2 × 498 = 996 kJ
Total absorbé = 1648 + 996 = 2644 kJ
Liaisons à former (énergie libérée) : (doc 3 et 5)
2 liaisons C=O (dans CO2) 👉 2 × 804 = 1608 kJ
4 liaisons O-H (dans H2O) 👉 4 × 463 = 1852 kJ
Total libéré = 1608 + 1852 = 3460 kJ
Bilan énergétique :
ℰr = Énergie absorbée - Énergie libérée
ℰr = 2644 - 3460 = ℰr = - 816 kJ
combustion du méthane
doc 4 : les liaisons dans les réactifs
combustion du méthane
doc 5 : les liaisons dans les produits
La combustion dans notre quotidien : moteurs thermiques (voitures, camions, avions), chauffage (chaudières à gaz, poêles à bois), et production d’électricité (centrales à charbon, gaz naturel).
Ces procédés libèrent du dioxyde de carbone (CO2), principal responsable du réchauffement climatique, ainsi que des polluants dangereux comme le monoxyde de carbone (CO), les oxydes d’azote (NOx) et les particules fines, nuisibles pour la santé respiratoire. Les risques incluent les incendies domestiques et industriels, les explosions.
Pour répondre aux enjeux environnementaux, plusieurs axes de recherche émergent :
- Les biocarburants, produits à partir de biomasse (huiles végétales, déchets agricoles), offrent une alternative plus neutre en carbone.
- L’hydrogène, utilisé dans des piles à combustible, ne rejette que de l’eau lors de sa combustion (mais sa production reste énergivore si elle n’est pas issue d’énergies renouvelables).
- Les moteurs hybrides et les techniques d’injection optimisées pour réduire la consommation et les émissions polluantes.
- Captage et stockage du carbone visent à piéger le CO2 avant qu’il n’atteigne l’atmosphère, bien que cette technologie soit encore coûteuse.
L’objectif global est d’allier efficacité énergétique et réduction de l’empreinte carbone pour une transition vers une énergie plus propre.