Exercices et corrigés

Exercices Physique Chimie

Combustion du butane dans un réchaud

Combustion du Butane dans un Réchaud (Niveau 3ème)

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

Un campeur utilise un réchaud à butane. Il brûle complètement une masse \(m_{\text{butane}} = 11.6 \, \text{g}\) de butane (C₄H₁₀).

Masses molaires atomiques simplifiées (arrondies pour le niveau 3ème) :

  • 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
Butane (C₄H₁₀) Flamme CO₂ H₂O 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

  1. Quels sont les réactifs de la combustion complète du butane ?
  2. Quels sont les produits de la combustion complète du butane ?
  3. Écrire l'équation chimique de la combustion complète du butane (C₄H₁₀).
  4. Équilibrer cette équation chimique.
  5. Calculer la masse molaire du butane (C₄H₁₀).
  6. Calculer la quantité de matière (nombre de moles, \(n\)) de butane brûlée.
  7. En utilisant l'équation équilibrée, déterminer la quantité de matière (nombre de moles) de dioxyde de carbone (CO₂) produite.
  8. 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.

Résultat Question 1 : Les réactifs sont le butane (C₄H₁₀) et le dioxygène (O₂).

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).

Résultat Question 2 : Les produits 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) :
\[ \text{C}_4\text{H}_{10} \text{ (g)} + \text{O}_2 \text{ (g)} \rightarrow \text{CO}_2 \text{ (g)} + \text{H}_2\text{O} \text{ (g)} \]

(On considère l'eau sous forme de vapeur à cause de la chaleur de la flamme).

Résultat Question 3 : L'équation chimique non équilibrée est \(\text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\).

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.

\[ \text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \]

2. Hydrogène (H) : 10 à gauche, donc il faut 5 H₂O à droite (car \(5 \times 2 = 10\)).

\[ \text{C}_4\text{H}_{10} + \text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 5\text{H}_2\text{O} \]

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.

\[ \text{C}_4\text{H}_{10} + \frac{13}{2}\text{O}_2 \rightarrow 4\text{CO}_2 + 5\text{H}_2\text{O} \]

Pour éviter les coefficients fractionnaires, on multiplie toute l'équation par 2 :

\[ 2\text{C}_4\text{H}_{10} \text{ (g)} + 13\text{O}_2 \text{ (g)} \rightarrow 8\text{CO}_2 \text{ (g)} + 10\text{H}_2\text{O} \text{ (g)} \]
Résultat Question 4 : L'équation chimique équilibrée est \(2\text{C}_4\text{H}_{10} \text{ (g)} + 13\text{O}_2 \text{ (g)} \rightarrow 8\text{CO}_2 \text{ (g)} + 10\text{H}_2\text{O} \text{ (g)}\).

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) :
\[ M(\text{C}_4\text{H}_{10}) = (4 \times M(\text{C})) + (10 \times M(\text{H})) \]
Données spécifiques :
  • \(M(\text{C}) \approx 12 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{H}) \approx 1 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M(\text{C}_4\text{H}_{10}) &\approx (4 \times 12 \, \text{g/mol}) + (10 \times 1 \, \text{g/mol}) \\ &= 48 \, \text{g/mol} + 10 \, \text{g/mol} \\ &= 58 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La masse molaire du butane est d'environ \(58 \, \text{g/mol}\).

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) :
\[ n_{\text{butane}} = \frac{m_{\text{butane}}}{M(\text{C}_4\text{H}_{10})} \]
Données spécifiques :
  • \(m_{\text{butane}} = 11.6 \, \text{g}\)
  • \(M(\text{C}_4\text{H}_{10}) \approx 58 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{butane}} &= \frac{11.6 \, \text{g}}{58 \, \text{g/mol}} \\ &= 0.2 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : La quantité de matière de butane brûlée est de \(0.2 \, \text{mol}\).

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) :
\[ n_{\text{CO}_2} = n_{\text{butane}} \times \frac{8 \, \text{mol CO}_2}{2 \, \text{mol C}_4\text{H}_{10}} = n_{\text{butane}} \times 4 \]
Données spécifiques :
  • \(n_{\text{butane}} = 0.2 \, \text{mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{CO}_2} &= (0.2 \, \text{mol}) \times 4 \\ &= 0.8 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : La quantité de matière de dioxyde de carbone produite est de \(0.8 \, \text{mol}\).

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) :
\[ M(\text{CO}_2) = M(\text{C}) + (2 \times M(\text{O})) \] \[ m_{\text{CO}_2} = n_{\text{CO}_2} \times M(\text{CO}_2) \]
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 :

\[ \begin{aligned} M(\text{CO}_2) &\approx (12 \, \text{g/mol}) + (2 \times 16 \, \text{g/mol}) \\ &= 12 + 32 \, \text{g/mol} \\ &= 44 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]

2. Masse de CO₂ produite :

\[ \begin{aligned} m_{\text{CO}_2} &= (0.8 \, \text{mol}) \times (44 \, \text{g/mol}) \\ &= 35.2 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 8 : La masse de dioxyde de carbone produite est de \(35.2 \, \text{g}\).

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.
Combustion du Butane - Exercice d'Application

D’autres exercices de chimie niveau 3 ème:

Concentration Ionique des Sels Solubles
Concentration Ionique des Sels Solubles

Concentration Ionique des Sels Solubles Concentration Ionique des Sels Solubles Comprendre la Dissolution et la Concentration Ionique De nombreux composés, appelés sels ioniques, sont constitués d'ions (atomes ou groupes d'atomes chargés électriquement). Lorsqu'un sel...

Étude du pH dans des Mélanges Réactifs
Étude du pH dans des Mélanges Réactifs

Étude du pH dans des Mélanges Réactifs (Niveau 3ème) Étude du pH dans des Mélanges Réactifs Comprendre le pH des Mélanges Acido-Basiques Le pH est une grandeur qui permet de caractériser l'acidité ou la basicité d'une solution aqueuse. Une solution acide a un pH...

Calcul de la masse volumique du bloc
Calcul de la masse volumique du bloc

Calcul de la Masse Volumique d'un Bloc Calcul de la Masse Volumique d'un Bloc Comprendre la Masse Volumique La masse volumique est une grandeur physique qui caractérise la masse d'un matériau par unité de volume. Elle permet de savoir si un objet est "lourd" ou...

Effets de la Concentration sur le pH
Effets de la Concentration sur le pH

Effets de la Concentration sur le pH (Niveau 3ème) Effets de la Concentration sur le pH d'une Solution Comprendre le pH et l'Effet de la Dilution Le pH est une mesure qui indique si une solution aqueuse est acide, basique ou neutre. L'échelle de pH va de 0 à 14. Un pH...

Composition Atomique du Magnésium
Composition Atomique du Magnésium

Composition Atomique du Magnésium Composition Atomique du Magnésium Comprendre la Structure de l'Atome Toute matière est constituée d'atomes. Un atome est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est composé d'un...

Réaction Zinc-Acide Chlorhydrique
Réaction Zinc-Acide Chlorhydrique

Réaction Zinc - Acide Chlorhydrique Réaction entre le Zinc et l'Acide Chlorhydrique Comprendre la Réaction entre un Métal et un Acide Certains métaux réagissent avec les solutions acides. Cette réaction est une transformation chimique au cours de laquelle les...

Calcul de la masse de nickel
Calcul de la masse de nickel

Calcul de la Masse de Nickel dans une Pièce de Monnaie (Niveau 3ème) Calcul de la Masse de Nickel dans une Pièce de Monnaie Comprendre la Composition des Objets du Quotidien De nombreux objets qui nous entourent sont fabriqués à partir de mélanges de différentes...

Calcul du pH dans un Écosystème Pollué
Calcul du pH dans un Écosystème Pollué

Calcul du pH dans un Écosystème Pollué Calcul du pH dans un Écosystème Pollué Comprendre le pH et son Impact sur les Écosystèmes Le pH (potentiel Hydrogène) est une mesure de l'acidité ou de la basicité (alcalinité) d'une solution aqueuse. L'échelle de pH varie...

Les Réactions Acido-Basiques
Les Réactions Acido-Basiques

Les Réactions Acido-Basiques Les Réactions Acido-Basiques Comprendre les Acides, les Bases et leurs Réactions En chimie, les solutions aqueuses peuvent être classées comme acides, basiques (ou alcalines), ou neutres. Cette classification est basée sur la concentration...

0 commentaires
Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *