La combustion complète du butane libère (masse molaire)

Exercice d'entraînement · niveau 2 · chimie (première), chapitre 8 — Chimie organique : structures, synthèses, combustions · Combustions et énergie

Énoncé

La combustion complète du butane libère $2877$ $kJ / mol$ (masse molaire $M = 58, 0$ $g / mol$ ).

Calculer son pouvoir calorifique massique, en $MJ / kg$ .
Un réchaud de camping, de rendement $40 %$ , porte $2, 0$ L d'eau de $20$ à $100^{\circ}$ C ( $c = 4, 18 J / g / K$ , $ρ = 1, 0 kg / L$ ). Quelle masse de butane consomme-t-il ?
Une cartouche contient $220$ g de butane : combien de fois peut-on faire bouillir cette eau ?

Corrigé

1. $P C = \frac{2 877}{58 , 0 \times 1 0 ^{- 3}} = 4, 96 \times 1 0^{4} kJ / kg \approx 50 MJ / kg$ — l'ordre de grandeur du cours pour un alcane.

2. Énergie utile : $Q = m c Δ θ = 2, 0 \times 1 0^{3} \times 4, 18 \times 80 = 6, 69 \times 1 0^{5} J = 669 kJ$ . Le rendement n'étant que de $40 %$ , l'énergie de combustion nécessaire vaut

$E = \frac{669}{0 , 40} = 1, 67 \times 1 0^{3} kJ .$

D'où $n = \frac{1 , 67 \times 1 0 ^{3}}{2 877} = 0, 581$ mol et $m = 0, 581 \times 58, 0 = 34$ g de butane.

3. $\frac{220}{34} = 6, 5$ : la cartouche permet six ébullitions complètes de $2$ litres (la septième serait entamée).

Contrôle : $34$ g pour deux litres d'eau bouillie, c'est peu — et cohérent avec l'expérience du randonneur, dont la cartouche dure plusieurs jours.

Piège : multiplier par le rendement au lieu de diviser. Le rendement est inférieur à $1$ : il faut brûler plus d'énergie que celle réellement transmise à l'eau, donc diviser.

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.