Physique-Chimie 1re Spécialité

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1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Composition chimique d'un système
Ch. 2
Composition chimique des solutions
Ch. 3
Évolution d'un système chimique
Ch. 4
Réactions d'oxydoréduction
Ch. 5
Détermination d'une quantité de matière par titrage
Livret Bac : Thème 1
Ch. 6
De la structure à la polarité d'une entité
Ch. 7
Interpréter les propriétés d’une espèce chimique
Ch. 8
Structure des entités organiques
Ch. 9
Synthèse d'espèces chimiques organiques
Livret Bac : Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Modélisation d'interactions fondamentales
Ch. 12
Description d'un fluide au repos
Ch. 13
Mouvement d'un système
Livret Bac : Thème 2
3. L'énergie, conversions et transferts
Ch. 14
Études énergétiques en électricité
Ch. 15
Études énergétiques en mécanique
Livret Bac : Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 16
Ondes mécaniques
Ch. 17
Images et couleurs
Ch. 18
Modèles ondulatoire et particulaire de la lumière
Livret Bac : Thème 4
Méthode
Fiches méthode
Fiche méthode compétences
Annexes
Chapitre 10
Exercice corrigé

Cheminée à l'éthanol

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Énoncé
Compétence(s)
RAI/MOD : Appliquer le principe de conservation de l'énergie
Placeholder pour Une cheminée à l'éthanol Une cheminée à l'éthanol
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Les cheminées à l'éthanol s'installent progressivement dans les foyers français. Faciles à mettre en place et pratiques dans l'utilisation, elles permettent d'utiliser un biocarburant pour se chauffer.

1. Écrire l'équation de combustion complète de l'éthanol (\text{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}).

2. Calculer l'énergie de réaction molaire de combustion de ce carburant.

3. Quelle énergie peut-on libérer avec la combustion d'un réservoir plein ?

4. Ce système de cheminée est-il écologique ?
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Données
  • M(\text{C}_{2} \text{H}_{6} \text{O})=46\text{,}1 g·mol-1 ;
  • \rho(\text{C}_{2} \text{H}_{6} \text{O})=0\text{,}789 kg·L-1 ;
  • Capacité du réservoir d'alcool : 45\text{,}0 cL ;
  • E_{\text{l}}(\text{C}-\text{C})=346 kJ·mol-1 ;
  • E_{\text{l}}(\text{C}-\text{H})=411 kJ·mol-1 ;
  • E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})=459 kJ·mol-1 ;
  • E_{\text{l}}(\text{C}-\text{O})=358 kJ·mol-1 ;
  • E_{\text{l}}(\text{C}=\text{O})=795 kJ·mol-1 ;
  • E_{\text{l}}(\text{O}=\text{O})=494 kJ·mol-1 ;
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Analyse de l'énoncé
1. Identifier les réactifs et les produits.

2. Quel lien existe-t-il entre l'énergie de réaction et les énergies des liaisons ?

3. Quelle relation existe-t-il entre l'énergie de réaction et l'énergie libérée ?

4. Rappeler les critères d'une réaction écologique.
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Solution rédigée
1. On trouve l'équation de combustion complète suivante :
\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}(\mathrm{l})+3\, \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow 2\, \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})+3\, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

2. On détermine l'énergie de réaction à l'aide de l'énergie de formation des produits et de l'énergie de dissociation des réactifs. Après avoir repéré les liaisons cassées et formées lors de la réaction on trouve :
E_{\mathrm{d}}=E_{\text{l}}(\text{C}-\text{C})+E_{\text{l}}(\text{C}-\text{O})+E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})+5 E_{\text{l}}(\text{C}-\text{H})+3 E_{\text{l}}(\text{O}=\text{O}).
E_{\text{d}}=346+358+459+5 \times 411+3 \times 494=4\text{,}70 \times 10^{3} kJ·mol-1.
E_{\text{f}}=4 E_{\text{l}}(\text{C}=\text{O})+6 E_{\text{l}}(\text{O}-\text{H})=4 \times 795+6 \times 459=5\text{,}93 \times 10^{3} kJ·mol-1.
Soit E_{\text{r}}=E_{\text{d}}-E_{\text{f}}=4\text{,}70 \times 10^{3}-5\text{,}93 \times 10^{3}=-1{,}23 \times 10^3 kJ·mol-1.
3. La cheminée peut contenir 45\text{,}0 cL d'éthanol soit 0\text{,}450 L, ce qui représente une masse m=\rho \cdot V=0,789 \times 0\text{,}450=0\text{,}355 kg = 355 g.
La quantité de matière correspondante est n=\dfrac{355}{46\text{,}1}=7\text{,}70 mol.
On a donc une énergie libérée :
E=n \cdot E_{\text{r}}=7\text{,}70 \times(-1{,}23 \times 10^3)=-9{,}47 \times 10^3 kJ = - 9{,}47 MJ.
La cheminée peut libérer une énergie totale de 9{,}47 MJ.

4. Ce système n'est pas complètement écologique car il produit du dioxyde de carbone qui est un gaz à effet de serre qui participe au réchauffement climatique et à l'acidification des océans. Cependant il utilise l'éthanol comme source d'énergie qui est un carburant renouvelable.
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Pour bien répondre
1. Commencer par ajuster les atomes de carbone à partir de \text{CO}_{2} puis les atomes d'hydrogène avec \text{H}_{2}\text{O} et enfin les atomes d'oxygène avec \text{O}2.

2. Dessiner les formules développées des molécules et faire la liste de chaque liaison avant et après la transformation. Faire attention au sens de la formule, E_{\mathrm{r}}=E_{\mathrm{d}}-E_{\mathrm{f}} afin de ne pas faire d'erreur de signe.

3. Commencer par calculer la quantité de matière d'éthanol contenue dans le réservoir.

4. Faire un bilan des dangers de chaque produit et chaque réactif.
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19
Mise en application

En utilisant le même fonctionnement de cheminée, serait-il préférable d'utiliser du méthanol plutôt que de l'éthanol ?
Données
  • M(\mathrm{CH}_{4} \mathrm{O})=32\text{,}0 g·mol-1 ;
  • \rho(\mathrm{CH}_{4} \mathrm{O})=0\text{,}791 kg·L-1.
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