La Flamme du Butane : Une Transformation Chimique
Quand le butane rencontre l'air : une explosion d'énergie !
Tu as déjà utilisé un réchaud de camping ou vu une gazinière fonctionner au butane ? Le butane est un gaz qui, lorsqu'il brûle, produit de la chaleur et de la lumière. Cette transformation, c'est ce qu'on appelle une combustion. C'est une réaction chimique très courante et très utile ! Dans cet exercice, nous allons explorer ce qui se passe lors de la combustion du butane et calculer l'énergie qu'elle peut libérer.
Mission : L'énergie d'une cartouche de butane
Voici les informations que nous allons utiliser :
La formule pour calculer l'énergie totale (\(E_{\text{totale}}\)) libérée par la combustion d'une certaine masse de combustible est : \(E_{\text{totale}} = E_{\text{massique}} \times m_{\text{combustible}}\)
Schéma : Combustion du butane
Le butane réagit avec le dioxygène de l'air pour former du dioxyde de carbone, de l'eau et libérer de l'énergie.
Questions à résoudre
- Qu'est-ce qu'une combustion ? Quels sont les deux types de substances nécessaires pour qu'une combustion ait lieu ?
- Dans la combustion du butane :
- Quel est le combustible ?
- Quel est le comburant ?
- Quels sont les produits formés lors de cette combustion ?
- Écris l'équation bilan de la réaction de combustion du butane sous forme de mots (par exemple : Substance A + Substance B \(\rightarrow\) Substance C + Substance D).
- Calcule l'énergie totale \(E_{\text{totale}}\) libérée par la combustion complète des \(220 \text{ g}\) de butane contenus dans la cartouche de Tom. Donne ton résultat en Joules (J).
- Si Tom utilise son réchaud qui a une puissance de \(1500 \text{ W}\) (Watts), et qu'il utilise toute l'énergie de la cartouche, pendant combien de temps pourra-t-il faire fonctionner son réchaud ? (Rappel : \(E = P \times t\), donc \(t = E/P\). Attention aux unités ! L'énergie doit être en Joules, la puissance en Watts, le temps sera alors en secondes). Convertis ensuite ce temps en minutes.
- Pourquoi est-il important de bien ventiler une pièce lorsqu'on utilise un appareil fonctionnant au butane (comme un réchaud ou un chauffage d'appoint) ?
Correction : La Flamme du Butane
Question 1 : La combustion
Réponse :
Une combustion est une transformation chimique au cours de laquelle une substance brûle en réagissant avec un comburant (généralement le dioxygène de l'air). Cette réaction libère de l'énergie sous forme de chaleur et de lumière.
Les deux types de substances nécessaires sont :
Question 2 : Réactifs et produits de la combustion du butane
Réponse :
Question 3 : Équation bilan (en mots)
Réponse :
L'équation bilan de la combustion du butane peut s'écrire :
Butane + Dioxygène \(\rightarrow\) Dioxyde de carbone + Eau (+ Énergie)
Question 4 : Calcul de l'énergie totale libérée
Réponse :
L'énergie totale \(E_{\text{totale}}\) se calcule avec la formule \(E_{\text{totale}} = E_{\text{massique}} \times m_{\text{butane}}\).
Données : \(E_{\text{massique}} = 49\,500 \text{ J/g}\), \(m_{\text{butane}} = 220 \text{ g}\)
L'énergie totale libérée par la combustion de la cartouche de butane est de \(10\,890\,000 \text{ Joules (J)}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si la cartouche contenait deux fois plus de butane (\(440 \text{ g}\)), l'énergie totale libérée serait :
Question 5 : Durée de fonctionnement du réchaud
Réponse :
L'énergie disponible est \(E_{\text{totale}} = 10\,890\,000 \text{ J}\).
La puissance du réchaud est \(P_{\text{réchaud}} = 1500 \text{ W}\).
On utilise la formule \(t = \frac{E}{P}\).
Pour convertir en minutes : \(t_{\text{réchaud en minutes}} = \frac{7260 \text{ s}}{60 \text{ s/minute}} = 121 \text{ minutes}\).
Tom pourra faire fonctionner son réchaud pendant \(7260 \text{ secondes}\), soit \(121 \text{ minutes}\) (ou \(2 \text{ heures et } 1 \text{ minute}\)).
Question 6 : Importance de la ventilation
Réponse :
Il est très important de bien ventiler une pièce lorsqu'on utilise un appareil à combustion (comme un réchaud au butane) pour plusieurs raisons :
Une bonne ventilation assure un apport suffisant en dioxygène pour une combustion complète et permet d'évacuer les produits de la combustion, garantissant ainsi la sécurité.
Quiz Intermédiaire 2 : Le principal danger d'une combustion incomplète du butane dans un espace clos est la production de :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Lors d'une combustion, le combustible :
2. La combustion complète du butane produit principalement :
3. Si \(10 \text{ g}\) de butane libèrent \(495\,000 \text{ J}\) d'énergie, alors \(1 \text{ g}\) de butane libère :
Glossaire
- Combustion
- Transformation chimique rapide qui dégage de la chaleur et souvent de la lumière. Elle nécessite un combustible et un comburant.
- Combustible
- Substance capable de brûler en présence d'un comburant (ex: butane, bois, essence).
- Comburant
- Substance qui permet la combustion du combustible (le plus souvent le dioxygène de l'air).
- Butane (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\))
- Gaz inflammable, utilisé comme combustible dans les briquets, les réchauds, les gazinières.
- Dioxygène (\(\text{O}_2\))
- Gaz présent dans l'air, indispensable à la plupart des combustions et à la respiration.
- Dioxyde de carbone (\(\text{CO}_2\))
- Gaz produit lors de la combustion complète des matières contenant du carbone. C'est aussi un gaz à effet de serre.
- Eau (\(\text{H}_2\text{O}\))
- Substance produite lors de la combustion des matières contenant de l'hydrogène. Souvent sous forme de vapeur d'eau invisible à haute température.
- Monoxyde de carbone (CO)
- Gaz toxique, inodore et incolore, produit lors d'une combustion incomplète (manque de dioxygène).
- Énergie (\(E\))
- Capacité à effectuer un travail ou à produire de la chaleur. Se mesure en Joules (J).
- Joule (J)
- Unité de mesure de l'énergie.
- Puissance (\(P\))
- Quantité d'énergie transférée ou convertie par unité de temps. Se mesure en Watts (W).
- Watt (W)
- Unité de mesure de la puissance (\(1 \text{ W} = 1 \text{ J/s}\)).
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