Mesure de l'énergie dégagée lors d'une combustion

TP. Mesure de l’énergie dégagée lors d’une combustion 

Type d’activité : Activité expérimentale

Conditions de mise en œuvre : Les élèves travaillent par binôme dans une salle de TP.

Durée indicative : 2 h

Pré- requis :

• Savoir équilibrer une équation bilan.
• Connaître la notion de mole.
• Savoir calculer une masse molaire.
• Connaître et savoir utiliser les relations entre température, masse et quantité de chaleur.
• Connaître et savoir utiliser les relations entre quantité de matière, masse et masse molaire.
• Savoir calculer une enthalpie de combustion à partir des enthalpies de formation.

Compétences  transversales : 

• Rechercher, extraire, organiser des informations utiles de documents.
• Communiquer à l’aide d’un langage adapté.
• Raisonner, argumenter.
• Travailler en autonomie.
• Travailler en équipe.
• Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus, communiquer à l’aide d’un langage adapté.

Mots clés de recherche : carburants, biocarburants, activité expérimentale,  énergie libérée, enthalpie

Provenance : Académie de Strasbourg

Adresse du site académique : http://www.ac-strasbourg.fr/disciplines/physchim

Liste du matériel par binôme :

• 1 cannette de soda
• une éprouvette graduée de 100ml
• 1 bougie
• 1 thermomètre numérique au 1/10°C
• 2 fioles jaugées de 100 mL + 2 bouchons (ou parafilm)
• 1 support, une noix et une pince pour fixer la bougie
• des allumettes.

Sur la paillasse du professeur : 

• une balance précise au 1/10g au moins

[pic 1]

TP  : Comment mesurer l’énergie dégagée lors d’une combustion ?

1. Combustion complète de l’acide stéarique

Durant cette séance, nous nous intéresserons à un combustible : l’acide stéarique de formule

 CH3 – (CH2)16 – CO2H, qui sert industriellement à produire des huiles, des bougies et du savon.

1. Quelle énergie est récupérable lors de la combustion d’une bougie ?

1. Montage :

Voir figure ci-contre, on fera attention à ce que la flamme de la bougie ne touche pas la canette.[pic 2]

1. Expérience :

Attention : relever avec soin l’ensemble des valeurs demandées et les reporter sur un compte rendu soigné, rédigé et lisible qui sera complété au fur et à mesure du TP

• Peser la cannette. On obtient une masse malu.
• Réaliser le montage ci-contre, peser la bougie avec son support avant de l’allumer. On obtient une masse m1
• Placer 100 mL d’eau dans la canette. Relever la température de l’eau froide : θi
• Allumer la bougie et la mettre tout de suite sous la canette. Chauffer l’eau jusqu’à ce que l’eau atteigne une température d’environ 50°C.
• Arrêter le chauffage en éteignant la bougie. Relever la température maximale atteinte qui sera notée θ f
• Peser à nouveau la bougie avec son support. On obtient une masse m2.

1. Résultats obtenus

[pic 3]

1. Exploitation des résultats

1. Quels sont les produits de la combustion complète d’un hydrocarbure ?
2. Ecrire et équilibrer l’équation de la réaction de combustion complète de l’acide stéarique.
3. D’où provient l’énergie nécessaire à l’élévation de température de l’eau ?
4. Exprimer la variation d’énergie interne de l’eau ΔUeau en fonction de la variation de température (θ f – θ i), de la capacité thermique de l’eau ceau et de la masse de l’eau meau.
5. Calculer la valeur de ΔUeau sachant que ceau = 4,18 J.g–1.K–1.
6. Exprimer la variation d’énergie interne de la canette ΔUalu en fonction de la variation de température (θ f – θ i), de la capacité thermique de l’aluminium calu et de la masse de la canette malu.
7. Calculer la valeur de ΔUalu sachant que calu =0,890 J.g–1.K–1.
8. En faisant l’hypothèse que l’énergie libérée par la combustion de la bougie est entièrement utilisée pour le chauffage de l’eau et du métal constituant la canette, déduire des résultats précédents l’énergie libérée par la bougie lors de cette combustion.
9. Déterminer la masse de combustible utilisé lors de cette expérience.
10. Le pouvoir calorifique (noté PC) d’un combustible correspond à l’énergie libérée par unité de masse de ce combustible. Il est mesuré en J.kg-1. Evaluer le PC du combustible étudié.
11. Evaluer l’enthalpie de combustion de l’acide stéarique à partir du résultat précédent.
12. Calculer l’enthalpie de combustion de l’acide stéarique grâce aux données suivantes :

1. .Comment expliquer la différence entre les deux valeurs précédentes ?
2. Quelles amélioration du montage peut imaginer pour essayer d’améliorer la concordance entre ce résultat expérimental et la valeur théorique que l’on vient de calculer ?

Remarques aux professeurs.

L’enthalpie de combustion théorique de l’acide stéarique est de ΔHcombustion =- 11,28 MJ/mol

La quantité de chaleur libérée  par la combustion de la bougie n’a pas été intégralement transmise à l’eau : une partie s’est dissipée dans l’atmosphère :

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