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Physique-Chimie 1re

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Exercices




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Une notion, trois exercices


DIFFÉRENCIATION
Savoir-faire : Déterminer le pouvoir calorifique d’un combustible

16
Pouvoir calorifique de l’heptane

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RAI/MOD : Appliquer le principe de conservation de l’énergie

1. Calculer la quantité de matière contenue dans 2 kg d’heptane.


2. Calculer l’énergie libérée lors de cette combustion.


3. Calculer le pouvoir calorifique de l’heptane.


Données

  • Er(C7H16)=4877E_{\text{r}}(\text{C}_{7} \text{H}_{16})=-4\,877 kJ·mol-1 ;
  • M(C7H16)=100,2M(\mathrm{C}_{7} \mathrm{H}_{16})= 100\text{,}2 g·mol-1.
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17
Pouvoir calorifique du butanol

RAI/MOD : Appliquer le principe de conservation de l’énergie


Pouvoir calorifique du butanol


1. Quelle est la fonction chimique présente dans la molécule de butanol (C4H10O)(\text{C}_{4} \text{H}_{10} \text{O}) ?


2. Écrire l’équation de combustion complète du butanol.


3. Calculer l’énergie de dissociation des réactifs de cette réaction.


4. Calculer l’énergie de formation des produits de cette réaction.


5. Calculer l’énergie molaire de réaction de la combustion du butanol. Justifier le signe de cette énergie.


6. En déduire le pouvoir calorifique du butanol.


Données

  • M(C4H10O)=74,1M(\text{C}_{4} \text{H}_{10} \text{O})=74\text{,}1 g·mol‑1 ;
  • El(O=O)=494E_{\text{l}}(\text{O}=\text{O})=494 kJ·mol-1 ;
  • El(CC)=346E_{\text{l}}(\text{C}-\text{C})=346 kJ·mol-1 ;
  • El(OH)=459E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})=459 kJ·mol-1 ;
  • El(CH)=411E_{\text{l}}(\text{C}-\text{H})=411 kJ·mol-1 ;
  • El(CO)=358E_{\text{l}}(\text{C}-\text{O})=358 kJ·mol-1 ;
  • El(C=O)=795E_{\text{l}}(\text{C}=\text{O})=795 kJ·mol-1.
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18
Pouvoir calorifique du benzène

RAI/MOD : Appliquer le principe de conservation de l’énergie
RAI/ANA : Construire un raisonnement

Le benzène est un composé organique appartenant à la famille des aromatiques.

Déterminer le pouvoir calorifique du benzène.


Pouvoir calorifique du benzène

Données

  • M(C6H6)=78,1M(\text{C}_{6} \mathrm{H}_{6})=78\text{,}1 g·mol-1 ;
  • El(CC)=346E_{\text{l}}(\text{C}-\text{C})=346 kJ·mol-1 ;
  • El(CH)=411E_{\text{l}}(\text{C}-\text{H})=411 kJ·mol-1 ;
  • El(O=O)=494E_{\text{l}}(\text{O}=\text{O})=494 kJ·mol-1 ;
  • El(C=O)=795E_{\text{l}}(\text{C}=\text{O})=795 kJ·mol-1 ;
  • El(OH)=459E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})=459 kJ·mol-1 ;
  • El(C=C)=602E_{\text{l}}(\text{C}=\text{C})=602 kJ·mol-1.

Pour s'échauffer

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8
Énergie libérée

On brûle une bougie contenant 2020 g d’acide stéarique.

Bougie

1. Calculer la quantité de matière contenue dans cette bougie.


2. Calculer l’énergie libérée par la combustion de cette bougie.


Données

  • Acide stéarique : M(C18H36O2)=284,5M(\text{C}_{18} \text{H}_{36} \text{O}_{2})=284\text{,}5 g·mol-1 ;
  • Énergie de réaction molaire : Er(C18H36O2)=10818E_{\text{r}}(\text{C}_{18} \text{H}_{36} \text{O}_{2})=-10\,818 kJ·mol-1.


9
Pouvoir calorifique

La combustion de 2,52\text{,}5 kg de bois de chêne libère 2960029\, 600 kJ.

Calculer le pouvoir calorifique du chêne.


10
Pouvoir calorifique

Calculer l’énergie libérée par la combustion de 5,005\text{,}00 kg d’octane.


Données

  • Le pouvoir calorifique de l’octane est de 48,148\text{,}1 MJ·kg-1.
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4
Transformation d’énergie

On brûle 1 L de pétrole.

Donner le nom de la transformation chimique qui a lieu et citer les formes d’énergie initiales et finales.


5
Équation d’une combustion

L’équation de combustion complète du pentane s’écrit :
C5H12(g)+8O2(g)5CO2(g)+6H2O(g)\mathrm{C}_{5} \mathrm{H}_{12}(\mathrm{g})+8\, \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow 5\, \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})+6\, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g})

Calculer la quantité de matière de CO2\text{CO}_{2} produite lors de la combustion d’une mole de pentane.


6
Énergie de dissociation

Calculer l’énergie de dissociation du méthane CH4.\text{CH}_{4}.


Données

  • El(CC)=346E_{\text{l}}(\text{C}-\text{C})=346 kJ·mol-1 ;
  • El(CO)=358E_{\text{l}}(\text{C}-\text{O})=358 kJ·mol-1 ;
  • El(CH)=411E_{\text{l}}(\text{C}-\text{H})=411 kJ·mol-1 ;
  • El(OH)=459E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})=459 kJ·mol-1.

7
Énergie de dissociation

1. Donner les différents types de liaisons contenues dans le propan-1-ol C3H8O.\mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}.


2. Calculer l’énergie de dissociation du propan-1-ol.

La réaction de combustion

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12
Consommation en O2\bf{\text{O}_{2}}

RAI/MOD : Décrire l’état initial et final d’une transformation chimique

L’équation de combustion complète du butanol s’écrit :
C4H10O(g)+6O2(g)4CO2(g)+5H2O(g).\mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{10} \mathrm{O}(\mathrm{g})+6\, \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow 4\, \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})+5\, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

Calculer la quantité de matière de O2\text{O}_{2} consommée lors de la combustion de 2 moles de butanol.
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14
Pots catalytiques

REA : Respecter les règles de sécurité

Depuis 1993, les voitures à essence doivent être équipées d’un pot catalytique. Ce pot catalytique, placé entre le moteur et le pot d’échappement, assure la combustion complète des gaz d’échappement imbrûlés.

1. Écrire les combustions complète et incomplète (formant du monoxyde de carbone CO\text{CO}) de l’heptane C7H16\text{C}_{7}\text{H}_{16}, composant principal de l’essence.


2. Donner les significations des pictogrammes de sécurité des 2 produits carbonés formés.

Composés chimiques
Sécurité
Monoxyde de carbone CO\bf{\text{CO}}
pictpgramme inflammable
pictogramme sous-pression
pictogramme mortel
pictogramme cancerigène
 
Dioxyde de carbone CO2\bf{\text{CO}_{2}}
pictogramme sous-pression
 



3. En déduire l’intérêt des pots catalytiques.

Supplément numérique
A
Combustions complètes et incomplètes

MOD : Ajuster une transformation chimique

a. C4H10(g)+\mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{10}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO(g)+\mathrm{CO}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

b. C2H6O(g)+\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6}\mathrm{O}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow C(g)+\mathrm{C}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

c. C6H14O(g)+\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{14}\mathrm{O}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO(g)+\mathrm{CO}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

d. C18H36O2(g)+\mathrm{C}_{18} \mathrm{H}_{36}\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO2(g)+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).
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11
Combustions complètes

RAI/MOD : Ajuster une transformation chimique

Ajuster les équations de combustions complètes suivantes.

a. CH4(g)+\mathrm{CH}_{4}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO2(g)+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

b. C3H8(g)+\text{C}_{3} \text{H}_{8}(\text{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO2(g)+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

c. C3H8O(g)+\mathrm{C}_{3} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO2(g)+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

d. C8H18(g)+\mathrm{C}_{8} \mathrm{H}_{18}(\mathrm{g})\,+ O2(g)\text{O}_{2}(\text{g}) \rightarrow CO2(g)+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\,+ H2O(g).\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).
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13
Des combustibles variés

RAI/MOD : Écrire l’équation d’une transformation chimique

Les combustibles suivants peuvent réagir avec du dioxygène : kérosène C10H22\mathrm{C}_{10} \mathrm{H}_{22}, dihydrogène H2\text{H}_{2} et méthanol CH4O.\mathrm{CH}_{4} \mathrm{O}.

Lampe à huile

1. Écrire pour chaque combustible les demi-équations en milieu acide des couples oxydant/réducteur.


2. En déduire l’équation modélisant la réaction entre le combustible et le dioxygène dans chaque cas.


Données

Couples oxydant/réducteur :
  • O2(g)/H2O(l)\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) ;
  • CO2(g)/C10H22(aq)\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{C}_{10} \mathrm{H}_{22}(\mathrm{aq}) ;
  • CO2(g)/CH4O(aq)\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g}) / \mathrm{CH}_{4} \mathrm{O}(\mathrm{aq}) ;
  • H2O(l)/H2(g)\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) / \mathrm{H}_{2}(\mathrm{g}).

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Écrire l’équation de combustion des alcanes et des alcools :
11
13

Estimer l’énergie molaire de réaction d’une transformation :
DIFF
20

Déterminer le pouvoir calorifique d’un combustible :
DIFF

Connaître les applications d’une combustion :
21
32

Énergie d’une réaction


Supplément numérique
B
Four à pyrolyse

MOD : Appliquer le principe de conservation de l'énergie

Certains fours sont dotés d’une fonction pyrolyse. Cette méthode permet d’éliminer les sucres et les graisses sur les paroies du four tel que l’acide caprique (C10H20O2\text{C}_{10}\text{H}_{20}\text{O}_2), acide gras saturé. Pour cela il faut élever la température du four au-dessus de 500 °C, ce qui donne l’énergie suffisante à cet acide pour casser ses liaisons et former des gaz qui s’échappent du four.

1. Comment nomme-t-on l’énergie qu’il faut fournir à l’acide caprique lors de la pyrolyse ?

2. Calculer l’énergie qu’il faut fournir à l’acide caprique pour obtenir des atomes isolés.


3. Comment nomme-t-on ce type de réaction ?

Four à pyrolyse
Données
  • El(C-C) = 347\text{El(C-C) = 347} kJ·mol-1 .
  • El(C-H) = 414\text{El(C-H) = 414} kJ·mol-1
  • El(O-H) = 464\text{El(O-H) = 464} kJ·mol-1
  • El(C=O) = 730\text{El(C=O) = 730} kJ·mol-1
  • El(C-O) = 351\text{El(C-O) = 351} kJ·mol-1
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15
Choisir son bois

VAL : Effectuer une analyse comparative

Chaque année, 5 % des Français se chauffent au bois. La commande de stères de bois est un moment important pour choisir le type de bois à utiliser.

Rondins de bois

1. Calculer l’énergie libérée par un stère de chaque bois.


2. Conclure sur le bois à choisir.


Données

  • 11 stère == 11 m3 ;
  • ρheˆtre=0,710\rho_{\text {hêtre}}=0\text{,}710 kg·L-1 ;
  • ρbouleau=0,650\rho_{\text {bouleau}}=0\text{,}650 kg·L-1 ;
  • Pouvoir calorifique du bouleau : 18,118\text{,}1 MJ·kg-1 ;
  • Pouvoir calorifique du hêtre : 18,618\text{,}6 MJ·kg-1.
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