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Réaction chimique de combustions

Qu’appelle-t-on combustion ? C’est une réaction chimique qui : met en jeu un carburant et de l’oxygène se produit à haute température dégage de la chaleur est une réaction chimique rapide produit du dioxyde de carbone CO2 et de l’eau H2O et parfois des composés toxiques (cyanure, acide, monoxyde de carbone…)

Le triangle du feu Pour qu’il y ait feu, les pompiers disent qu’il faut trois éléments (d’où le terme triangle) : Un point chaud Un comburant Un carburant

Expliquer le triangle du feu Question Expliquer le triangle du feu en terme chimiques.

Question En utilisant ce qui a été vu lors du cours sur la réaction chimique, expliquer pourquoi une combustion est une réaction chimique rapide.

Énergie L’énergie est une grandeur qui caractérise un système. L’énergie est une grandeur qui se conserve L’énergie : se stocke s’échange se transforme

Questions Donner un exemple de stockage d’énergie. Donner un exemple d’échange d’énergie. Donner un exemple de transformation d’énergie.

Systèmes isolés Certains systèmes sont dits isolés. Ils n’échangent pas d’énergie avec le milieu extérieur qui les entoure. Leur énergie reste constante.

Question Les systèmes suivants sont-ils isolés ? Justifier la réponse en utilisant votre bon sens. Le soleil Un chat

Question Les systèmes suivants sont-ils isolés ? Justifier la réponse en utilisant votre bon sens. Une tasse de café (qu’on ne boit pas) Un radiateur

Question Donner des exemples de systèmes isolés.

Énergie et réaction chimique Le système à considérer lorsqu’on réalise une réaction chimique est constitué : des réactifs des produits de la réaction Quand il y a des gaz, le système est donc complexe. On ne sait pas très bien où il est.

Exemples de systèmes chimiques mettant en jeu une combustion Définir le système chimique

Exemples de systèmes chimiques mettant en jeu une combustion Définir le système chimique

Exemples de systèmes chimiques mettant en jeu une combustion Définir le système chimique dans le cas de la fusée Ariane

Équation chimique de combustion On représente une réaction chimique par une équation chimique Ex : CH4 + 2 O2  CO2 + 2 H2O produits réactifs La stœchiométrie est ajustée : il y a autant de C, de H et de O de part et d’autre du signe =

Pour ajuster la stœchiométrie (cas de la combustion du gaz propane) Ajuster l’élément C avec un nombre devant CO2 Ajuster l’élément H avec un nombre devant H2O Ajuster l’élément O avec un nombre devant O2 C3H8 + 5 O2  3 CO2 + 4 H2O 3 C _ H 10 O

Les équations suivantes représentent-elles des combustions Les équations suivantes représentent-elles des combustions ? Leur stœchiométrie est-elle ajustée ? C2H6O + O2  CO2 + H2O 2 CH4O + 2Na  CH3ONa + H2 CH4 + O2  3 CO2 + H2O

Exemples Écrire l’équation chimique de combustion du butane C4H10. Ajuster l’élément C avec un nombre devant CO2 Ajuster l’élément H avec un nombre devant H2O Ajuster l’élément O avec un nombre devant O2 Écrire l’équation chimique de combustion du butane C4H10. L’octane C8H18 est un constituant essentiel de l’essence. Écrire son équation de combustion

Pourquoi les phrases suivantes ne sont-elles pas correctes ? Lorsque du bois brûle, de l’énergie est crée. En brûlant, le gaz transfert de la température à l’eau qui est dans la casserole. Une voiture s’appelle automobile parce qu’elle produit sa propre énergie. A la sortie d’un pot d’échappement, il ne doit pas y avoir d’eau, sinon, c’est qu’il y a un problème mécanique.

Liaison chimique Les atomes, au sein des molécules, sont reliés par des liaisons appelées « liaisons chimiques ». Atome Liaisons chimiques

Énergie de liaison chimique On peut caser ces liaisons en fournissant de l’énergie. Si des liaisons se forment, de l’énergie est libérée. Énergie à fournir à la molécule Énergie libérée car il se forme une liaison

Interprétation microscopique de l’énergie de combustion On peut considérer que les molécules des réactifs doivent briser toutes les liaisons chimiques, (il faut fournir de l’énergie au système) puis que les atomes ainsi produits forme des liaison chimiques pour donner les produits de la combustion (on récupère de l’énergie) le bilan des deux opérations est l’énergie de la combustion.

Observer la simulation Micromega Observer la simulation De quoi est constitué le système ? Que devient son énergie pendant la 1ère phase ? Pourquoi ? Que devient son énergie pendant la 2e phase ? Quel est le bilan ? Qu’est devenue l’énergie ?

Combustion de l’éthanol aspect microscopique Écrire l’équation chimique de combustion de l’éthanol. Cette équation est-elle conforme à l’état initial de la simulation ? Combien de liaisons chimiques doivent-être rompues ? Combien doivent être formées ? Observer la simulation.

Mêmes questions pour la combustion du butane C4H10

Combustion : aspect macroscopique Cas d’un système isolé On suppose qu’une maison froide est bien isolée. On fait brûler de l’alcool dans la maison. On considère le système « maison », contenant l’air et l’alcool. Que devient son énergie lors de la combustion de l’alcool ? Que devient sa température ? Voir la simulation.

Suite de la maison Prévoir l’évolution de la température et de l’énergie du système « maison » si la maison n’est pas bien isolée.

Condition d’équilibre thermique Deux systèmes qui peuvent s’échanger de l’énergie doivent, à l’équilibre, avoir même température. Revoir la simulation L’équilibre est atteint plus ou moins vite suivant la nature de la barrière qui sépare les systèmes

Exemple de barrières séparant deux systèmes Système 1 système 2 verre de café main qui tient le verre l’eau d’un chauffe eau air extérieur intérieur du corps air extérieur

Isolation Intérêt de l’isolation Moyen de l’isolation Principe de l’isolation : ralentir le transfert d’énergie Paramètre de l’isolation : le matériau constituant la barrière l’épaisseur de la barrière la surface de la barrière

Comparaison de l’isolation des maisons On considère deux maisons ; l’une bien isolée, l’autre mal isolée. Comparer leur énergie quand la température extérieure varie (rafraîchissement de l’air). Comment ces variations d ’énergie des maison se traduit-elle ?

Matériaux d’isolation L’air : bon isolant, mais en circulant, permet le transfert de la chaleur. Métal : mauvais isolant : bon conducteur de la chaleur Matériaux expansés : Question : proposer une interprétation à leur qualité d’isolant

Plaque de polystyrène expansé. Pourquoi est-ce un bon isolant ?

Chaque bille de polystyrène est constituée de vésicules remplies d’air (= expansée) L’air ne peut pas circuler d’une bille à l’autre Le matériaux est isolant

Loi de diffusion de la chaleur (diffusion = transfert d’énergie sans transport de matière) Quantité d’énergie transférée par minute Règle de la moitié Épaisseur de la barrière

Pourquoi Pourquoi la température à l’intérieur d’une caverne est-elle constante ? Pourquoi met-on un pull quand il fait froid ? Pourquoi les radiateurs ont-il des formes bizarres ?

Un glaçon fond-il moins vite Quand on le met dans l’eau froide ? Quand on le pose sur une table en bois Quand on le pose sur une table en métal Quand on le met dans un pull Le glaçon est dans le pull

Température d’une barrière Quelle est la température de la barrière ? Quelle est la température du pull dans lequel il y a un glaçon ? Système 1 80°C Système 2 20°C barrière

Différents modes de transfert de l’énergie

L ’énergie se transfert : Par mode travail Par mode chaleur Par mode rayonnement (ex. la lumière)

Le mode travail De la matière qui se déplace objet particules (électrons) ...

Le mode chaleur Pas de déplacement de matière Mais besoin d ’un support matériel La chaleur ne se propage pas dans le vide

Le mode rayonnement Il n’y a pas de déplacement de matière Il n’y a pas besoin de matière La lumière est un rayonnement : il se déplace dans le vide Le soleil transfert de l’énergie vers la Terre

Quel(s) mode(s) de transfert ?

Quel(s) mode(s) de transfert ?

Autre moyen de transformer de la chaleur en travail Réaction de combustion Augmentation de la température donc de la pression donc déplacement du piston C’est du travail

Application Donner des exemples de situations où la chaleur est transformée en travail. Moteur à essence volcan vent

Transformation de la chaleur en lumière Toute matière chauffée à une température suffisamment élevée produit de la lumière

Exemples de conversion de chaleur en lumière Donner des exemples de conversion de chaleur en lumière. Préciser si la chaleur provient-elle d’une combustion ?

Que retenir ? Savoir ce qu’est une combustion Savoir ce qu’on peut faire de la chaleur d’une combustion Savoir écire l’équation chimique d’une combustion Savoir interpréter une chaleur de combustion au niveau des liaisons chimiques

Que retenir ? Savoir définir un système chimique, son énergie, sa température Savoir ce qu’est un système isolé Savoir ce qu’est une barrière entre deux systèmes Savoir quels paramètres caractérisent une isolation