Stockage et conversion de l`énergie chimique

Stockage et conversion de l'énergie chimique
Notions et contenus
Réactions chimiques et aspects énergétiques associés : énergie libérée
lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool; ordres de
grandeur.
Stockage et conversion de l’énergie chimique.
Énergie libérée lors de la combustion d’un hydrocarbure ou d’un alcool.
I)
Compétences attendues
Recueillir et exploiter des informations sur le stockage et la conversion
d’énergie chimique.
Ecrire une équation de combustion. Argumenter sur l’impact
environnemental des transformations mises en jeu. Déterminer l’ordre
de grandeur de la masse de CO2 produit lors du déplacement d’un
véhicule.
Les réactions de combustion
1) Les hydrocarbures et les alcools
Un hydrocarbure est une molécule constituée uniquement des éléments C et H.
Connaissant les numéros atomiques du carbone (Z = 6) et de l'hydrogène (Z = 1), déterminer la valence
de ces deux éléments.
On ne considèrera ici que la famille des alcanes ne comportant que des liaisons simples C–C (on parle
d'hydrocarbure saturé).
Un alcool est une molécule organique (composée majoritairement de c et H) possédant un groupe
caractéristique hydroxyle (–OH). Le nom de l'alcool s'obtient par substitution de la terminaison "ane" en
"ol". Exemple: propan-1-ol: CH3–CH2–CH2–OH .
2) Equation de combustion
Lors de la combustion d'un alcane ou un alcool, le deuxième réactif est le dioxygène.
Les produits de la combustion sont l'eau et le dioxyde de carbone si la combustion est totale.
Ecrire les équations bilan de la combustion:
- du propane
- de l'éthanol (alcool à brûler)
Exemple:
On modélise l'essence, mélange d'hydrocarbures par son constituant majoritaire: l'octane de formule brute
C8H18.
Une voiture consommant un volume V = 7,0 L d'essence pour 100 km consomme une quantité de matière
d'octane n = 0,43 mol par kilomètre.
Estimer la quantité de matière puis la masse de dioxyde de carbone produit par kilomètre parcouru par la
voiture.
Estimer cette masse sur un trajet Paris Bordeaux estimé à 500 km.
Données: masses molaire en g.mol-1:
H: 1,0
C: 12
O: 16
3) Changement d'état
Tout corps peut exister, selon les conditions de température et de pression dans trois états physiques: solide,
liquide ou gazeux.
Un changement d'état est le passage d'un état à un autre. Il se fait à température constante et nécessite ou libère
de l'énergie.
Exemple, l'eau passe de l'état solide à l'état liquide à 0°C (température d'ébullition). Cette transformation
absorbe de l'énergie. La température va rester = 0°C tant qu'il y aura de la glace dans le système.
Lors des combustions, ce sont les vapeurs qui brûlent. Il faut donc tenir compte de la chaleur de vaporisation
lorsqu'on fait des mesures.
II)
Aspect énergétique
1) Energie libérée
Une réaction de combustion est toujours une réaction exothermique.
On appelle énergie molaire de combustion l'énergie libérée par une mole de combustible consommé.
On la note Em,comb. Cette grandeur est caractéristique du combustible (unité: J.mol-1).
Alors, pour n mol de combustible utilisé, l'énergie fournie vaut E = n.Em,comb.
2) Stockage et conversion de l'énergie chimique
Lors des réactions chimiques, les molécules libèrent ou captent de l'énergie chimique. Elles "contiennent donc
de l'énergie chimique sous forme d'énergie interne.
Dans les cas des combustions, l'énergie chimique est libérée. Elle est ensuite convertie en d'autres formes
d'énergie (mécanique, électrique…) grâce à un transfert thermique.
Ainsi, le pétrole brut est un réservoir énergétique. L'énergie chimique de ses différentes fractions (GPL,
essence, gazole…) est convertie pour différentes utilisations.
3) Ordres de grandeur
L'ordre de grandeur des énergies molaires de combustion est de 1000 à 10000 kJ.mol-1.
Ceci est 10 à 100 fois supérieur aux énergies molaires de changement d'état mais 108 à 109 (cent millions à un
milliard) fois moins que les transformations nucléaires.
Activité doc p 201