Combustion du Butane dans un Réchaud
Comprendre la Combustion du Butane
La combustion est une réaction chimique exothermique (qui libère de la chaleur) entre un combustible et un comburant, généralement le dioxygène de l'air. Le butane (C₄H₁₀) est un hydrocarbure couramment utilisé comme combustible dans les réchauds de camping ou les briquets. Lors de sa combustion complète, le butane réagit avec le dioxygène (O₂) pour former du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau (H₂O), tout en dégageant de la chaleur et de la lumière. Pour comprendre les quantités de substances impliquées, il est essentiel d'écrire et d'équilibrer correctement l'équation chimique de la réaction.
Données de l'étude : Utilisation d'un Réchaud à Butane
- Carbone (C) : \(M(\text{C}) \approx 12 \, \text{g/mol}\)
- Hydrogène (H) : \(M(\text{H}) \approx 1 \, \text{g/mol}\)
- Oxygène (O) : \(M(\text{O}) \approx 16 \, \text{g/mol}\)
Schéma : Combustion du Butane dans un Réchaud
Le butane (combustible) réagit avec le dioxygène de l'air (comburant) pour produire du dioxyde de carbone et de l'eau.
Questions à traiter
- Quels sont les réactifs de la combustion complète du butane ?
- Quels sont les produits de la combustion complète du butane ?
- Écrire l'équation chimique de la combustion complète du butane (C₄H₁₀).
- Équilibrer cette équation chimique.
- Calculer la masse molaire du butane (C₄H₁₀).
- Calculer la quantité de matière (nombre de moles, \(n\)) de butane brûlée.
- En utilisant l'équation équilibrée, déterminer la quantité de matière (nombre de moles) de dioxyde de carbone (CO₂) produite.
- Calculer la masse de dioxyde de carbone (\(m_{\text{CO}_2}\)) produite.
Correction : Combustion du Butane dans un Réchaud
Question 1 : Réactifs de la combustion
Principe :
Les réactifs sont les substances qui réagissent ensemble au début de la transformation chimique.
Réponse :
Pour la combustion du butane, le combustible est le butane (C₄H₁₀) et le comburant est le dioxygène (O₂) présent dans l'air.
Question 2 : Produits de la combustion complète
Principe :
La combustion complète d'un hydrocarbure (composé de carbone et d'hydrogène) produit du dioxyde de carbone et de l'eau.
Réponse :
Les produits de la combustion complète du butane sont le dioxyde de carbone (CO₂) et l'eau (H₂O).
Question 3 : Écriture de l'équation chimique
Principe :
On écrit les formules des réactifs à gauche d'une flèche et les formules des produits à droite.
Équation (non équilibrée) :
(On considère l'eau sous forme de vapeur à cause de la chaleur de la flamme).
Question 4 : Équilibrage de l'équation chimique
Principe :
On ajuste les coefficients stœchiométriques pour avoir le même nombre d'atomes de chaque élément de part et d'autre de la flèche.
1. Carbone (C) : 4 à gauche, donc il faut 4 CO₂ à droite.
2. Hydrogène (H) : 10 à gauche, donc il faut 5 H₂O à droite (car \(5 \times 2 = 10\)).
3. Oxygène (O) : À droite, on a \( (4 \times 2) + (5 \times 1) = 8 + 5 = 13 \) atomes d'oxygène. Il faut donc 13 atomes d'oxygène à gauche. Comme O₂ est diatomique, on a besoin de \(13/2\) molécules de O₂.
Pour éviter les coefficients fractionnaires, on multiplie toute l'équation par 2 :
Question 5 : Masse molaire du butane (C₄H₁₀)
Principe :
La masse molaire d'une molécule est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui la composent.
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(M(\text{C}) \approx 12 \, \text{g/mol}\)
- \(M(\text{H}) \approx 1 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
Question 6 : Quantité de matière (moles) de butane brûlée
Principe :
Le nombre de moles (\(n\)) est la masse (\(m\)) divisée par la masse molaire (\(M\)).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(m_{\text{butane}} = 11.6 \, \text{g}\)
- \(M(\text{C}_4\text{H}_{10}) \approx 58 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
Quiz Intermédiaire 1 : Le principal comburant dans la plupart des combustions à l'air libre est :
Question 7 : Quantité de matière (moles) de CO₂ produite
Principe :
On utilise les coefficients stœchiométriques de l'équation équilibrée pour trouver le rapport entre les moles de butane consommées et les moles de CO₂ produites. L'équation est \(2\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\text{O}_2 \rightarrow 8\text{CO}_2 + 10\text{H}_2\text{O}\). Cela signifie que 2 moles de butane produisent 8 moles de CO₂ (rapport 2:8 ou 1:4).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(n_{\text{butane}} = 0.2 \, \text{mol}\)
Calcul :
Question 8 : Masse de dioxyde de carbone (\(m_{\text{CO}_2}\)) produite
Principe :
On calcule d'abord la masse molaire du CO₂, puis on utilise la relation \(m = n \times M\).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques :
- \(n_{\text{CO}_2} = 0.8 \, \text{mol}\)
- \(M(\text{C}) \approx 12 \, \text{g/mol}\)
- \(M(\text{O}) \approx 16 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
1. Masse molaire du CO₂ :
2. Masse de CO₂ produite :
Quiz Intermédiaire 2 : Une combustion incomplète du butane peut produire :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La combustion est une réaction qui :
2. Le butane (C₄H₁₀) est un :
3. Si une équation chimique est équilibrée, cela signifie que :
Glossaire
- Combustion
- Réaction chimique exothermique entre un combustible et un comburant (généralement le dioxygène), produisant de la chaleur et de la lumière.
- Combustible
- Substance qui brûle lors d'une combustion (ex: butane, bois, essence).
- Comburant
- Substance qui permet la combustion d'un combustible (le plus souvent le dioxygène de l'air).
- Butane (C₄H₁₀)
- Hydrocarbure de la famille des alcanes, utilisé comme combustible gazeux.
- Dioxyde de Carbone (CO₂)
- Gaz produit lors de la combustion complète des composés carbonés.
- Eau (H₂O)
- Produit formé lors de la combustion des composés hydrogénés.
- Équation Chimique Équilibrée
- Représentation d'une réaction chimique où le nombre d'atomes de chaque élément est le même du côté des réactifs et du côté des produits.
- Masse Molaire (M)
- Masse d'une mole d'une substance. Unité : g/mol.
- Mole (mol)
- Unité de quantité de matière.
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