Une chaudière à gaz alimentée par des hydrocarbures, tels que le gaz naturel ou le butane, peut être utilisée pour chauffer l’eau sanitaire. L’énergie à fournir pour chauffer 300 L d’eau chaude sanitaire de 15°C à 60°C est d’environ 56,4´103 kJ : il faut pour cela 1,12 kg de méthane ou 1,25 kg de butane.
Une question se pose alors : quel est le meilleur combustible écologique ?
Le gaz naturel, ou gaz de ville, est composé essentiellement de méthane CH4. Ce gaz fossile est dit naturel car il résulte de la transformation naturelle de matières organiques. Conditionné sous forme de bouteille, le butane de formule chimique C4H10 est également un gaz, obtenu par distillation sous pression du gaz pétrole liquéfié. Les réactions chimiques de combustion complète de ces deux gaz dans le dioxygène produisent du dioxyde de carbone et de l'eau. |
Comment faut-il procéder pour savoir quel est, entre le méthane et le butane, le meilleur combustible écologique ? |
1. D’un point de vue écologique, pourquoi est-il intéressant de comparer le taux de dioxyde de carbone rejeté dans l’atmosphère par chacune de ces combustions ?
2. À quelle famille chimique le méthane et le butane appartiennent-ils ?
3. Quels sont les produits de combustion complète du méthane et du butane ?
4.1. Écrire l’équation de la combustion complète du méthane. Comment faut-il lire cette équation ?
4.2. Écrire l’équation de la combustion complète du butane. Comment faut-il lire cette équation ?
5. Comment faut-il procéder pour savoir à quel « nombre de moles » les masses de gaz indiquées dans le texte correspondent-elles ?
Rappels de Seconde :
La quantité de matière n d’un échantillon de matière, sa masse m et la masse molaire M de son espèce chimique sont liées par la relation : m = n ´ M ; m : masse de l’échantillon en gramme (g) ; n : quantité de matière en mole (mol) ; M : masse molaire en gramme par mole (g.mol-1)
- La masse molaire atomique M est la masse d’une mole d’atomes ; elle se trouve dans la classification des éléments.
- La masse molaire moléculaire M est la masse d’une mole de molécules ; elle se détermine par le calcul.
Exemple : M(H2O) = 2 ´ M(H) + M(O) = 2´1 + 16 = 18 g.mol-1
6.1. Quelle est la quantité de matière de méthane nécessaire pour chauffer les 300 L d’eau ?
6.2. Quelle est la quantité de matière de butane nécessaire pour chauffer les 300 L d’eau ?
6.3. Comment faut-il procéder pour prévoir les quantités de matière de dioxyde de carbone formées dans les deux cas ?
Ce qu’il faut retenir
La quantité de matière n d’un échantillon de matière, sa masse m et la masse molaire M de son espèce chimique sont reliées par la relation :
m = n x M
m : masse de l’échantillon en gramme (g)
n : quantité de matière en mole (mol)
M : masse molaire en gramme par mole (g.mol-1)
La masse molaire M d’un corps pur est la masse d’une mole de ce corps pur :
- la masse molaire d’une mole d’atomes se trouve dans les tables
- la masse molaire d’une mole de molécules se calcule.
Exemple. Masse molaire de l’eau : M(H2O) = 2 x M(H) + M(O) = 2 x 1 + 16 = 18 g.mol-1
Ce qu’il faut savoir faire
- Écrire l’équation de combustion d’un hydrocarbure ou d’un biocarburant
- Dresser un tableau d’avancement pour prévoir la quantité de matière des produits formés et des réactifs restants lors d’une combustion.
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