Combustion du butane dans un réchaud
Comprendre la Combustion du butane dans un réchaud
Tu organises une sortie camping avec tes amis. Pour cuisiner, vous utilisez un réchaud à gaz qui fonctionne au butane (C4H10).
Lorsque le butane brûle complètement, il réagit avec l’oxygène de l’air (O2), formant du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O).
Données :
- Masse molaire du butane (C4H10) : 58 g/mol
- Masse molaire de l’oxygène (O2) : 32 g/mol
- Masse molaire du dioxyde de carbone (CO2) : 44 g/mol
- Masse molaire de l’eau (H2O) : 18 g/mol
Questions :
1. Écris l’équation bilan équilibrée pour la combustion complète du butane.
2. Calcule la masse d’oxygène nécessaire pour brûler complètement 10 g de butane.
3. Détermine la masse de dioxyde de carbone produite pendant cette combustion.
4. Calcule le volume d’oxygène nécessaire pour cette combustion, sachant que le volume molaire d’un gaz est de 24 L/mol.
5. La combustion du butane dans le réchaud n’est souvent pas complète. Quelles pourraient être les conséquences d’une combustion incomplète ?
Correction : Combustion du butane dans un réchaud
1. Équation bilan équilibrée de la combustion complète du butane
La réaction de combustion complète d’un hydrocarbure comme le butane (C\(_4\)H\(_{10}\)) avec l’oxygène (O\(_2\)) produit du dioxyde de carbone (CO\(_2\)) et de l’eau (H\(_2\)O).
Formule :
\[ \text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \]
Équilibrage : Pour équilibrer l’équation, assurez-vous que le nombre d’atomes de chaque élément est le même de chaque côté de l’équation.
Calcul :
- Atomes de carbone :
4 C dans C\(_4\)H\(_{10}\) \(\rightarrow\) 4 CO\(_2\)
- Atomes d’hydrogène :
10 H dans C\(_4\)H\(_{10}\) \(\rightarrow\) 5 H\(_2\)O
- Atomes d’oxygène :
4 O dans 4 CO\(_2\) (16 O) + 5 O dans 5 H\(_2\)O (5 O) = 21 O au total \(\rightarrow\) 10.5 O\(_2\)
Équation équilibrée :
\[ 2 \text{C}_4\text{H}_{10} + 13 \text{O}_2 \rightarrow 8 \text{CO}_2 + 10 \text{H}_2\text{O} \]
2. Masse d’oxygène nécessaire pour brûler complètement 10 g de butane
Utilise la relation molaire entre le butane et l’oxygène dans l’équation équilibrée pour trouver la quantité d’oxygène nécessaire.
Formule :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Données :
- Masse de butane = 10 g
- Masse molaire du butane = 58 g/mol
Calcul :
- Quantité de matière de butane :
\[ n_{\text{butane}} = \frac{10 \text{ g}}{58 \text{ g/mol}} \] \[ n_{\text{butane}} = 0.172 \text{ mol} \]
D’après l’équation équilibrée, 13 moles d’oxygène sont nécessaires pour 2 moles de butane :
\[ n_{\text{O}_2} = 0.172 \text{ mol} \times \frac{13}{2} \] \[ n_{\text{O}_2} = 1.116 \text{ mol} \]
- Masse d’oxygène nécessaire :
\[ = n_{\text{O}_2} \times M_{\text{O}_2} \] \[ = 1.116 \text{ mol} \times 32 \text{ g/mol} \] \[ = 35.7 \text{ g} \]
35.7 g d’oxygène sont nécessaires pour brûler complètement 10 g de butane.
3. Masse de dioxyde de carbone produite
Utilise la relation molaire entre le butane et le dioxyde de carbone dans l’équation équilibrée.
Formule :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Calcul :
D’après l’équation, 8 moles de CO\(_2\) sont produits pour 2 moles de butane.
- Quantité de CO\(_2\) produite :
\[ n_{\text{CO}_2} = 0.172 \text{ mol} \times 4 \] \[ n_{\text{CO}_2} = 0.688 \text{ mol} \]
- Masse de CO\(_2\) produite :
\[ = n_{\text{CO}_2} \times M_{\text{CO}_2} \] \[ = 0.688 \text{ mol} \times 44 \text{ g/mol} \] \[ = 30.27 \text{ g} \]
30.27 g de dioxyde de carbone sont produits lors de cette combustion.
4. Volume d’oxygène nécessaire
Le volume molaire d’un gaz à conditions normales est de 24 L/mol.
Formule :
\[ V = n \times VM \]
Calcul :
\[ \text{Volume d’oxygène} = 1.116 \text{ mol} \times 24 \text{ L/mol} \] \[ \text{Volume d’oxygène} = 26.784 \text{ L} \]
26.784 litres d’oxygène sont nécessaires pour cette combustion.
5. Conséquences d’une combustion incomplète
Une combustion incomplète se produit lorsque l’oxygène est insuffisant pour réagir avec tout le butane, produisant ainsi du monoxyde de carbone (CO) ou du carbone (suie) en plus de CO\(_2\) et H\(_2\)O.
Conséquences possibles :
- Production de monoxyde de carbone, un gaz toxique et inodore qui peut être dangereux pour la santé.
- Accumulation de suie qui peut encrasser le réchaud et émettre des particules fines nocives lors de la combustion.
Réponse : Les conséquences peuvent inclure des risques pour la santé et l’efficacité réduite du réchaud.
Combustion du butane dans un réchaud
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