Pour aller plus loin. Le dihydrogène est présenté comme un vecteur…

Exercice supplémentaire · niveau 2 · chimie (première), chapitre 8 — Chimie organique : structures, synthèses, combustions · Chimie, énergie et société

Énoncé

Pour aller plus loin. Le dihydrogène est présenté comme un vecteur d'énergie sans carbone : $2 H X_{2} + O X_{2} 2 H X_{2} O$ . Données, en $kJ / mol$ : $E (H - H) = 436$ ; $E (O = O) = 498$ ; $E (O - H) = 463$ . $M (H X_{2}) = 2, 0 g / mol$ .

Calculer l'énergie libérée par mole de $H X_{2}$ brûlée.
En déduire le pouvoir calorifique massique et le comparer à celui du méthane ( $50 MJ / kg$ ). Les deux valeurs sont ici des PCI : l'eau formée est comptée gazeuse.
Le dihydrogène gazeux à $700$ bar a une masse volumique d'environ $40 kg / m^{3}$ , contre $750$ pour l'essence liquide. Nuancer la conclusion précédente.

Corrigé

1. Rompues ( $2$ $H - H$ , $1$ $O = O$ ) : $2 \times 436 + 498 = 1370 kJ$ .<br> Formées ( $2$ $H X_{2} O$ , soit $4$ $O - H$ ) : $4 \times 463 = 1852 kJ$ .

$E_{r e ˊ action} = 1370 - 1852 = - 482 kJ pour 2 mol de H X_{2},$

soit $- 241 kJ$ par mole de $H X_{2}$ .

2. $P C = \frac{241}{2 , 0 \times 1 0 ^{- 3}} = 1, 2 \times 1 0^{5} kJ / kg = 120 MJ / kg$ : près de deux fois et demie le méthane, et environ trois fois l'essence. C'est le meilleur pouvoir calorifique massique de tous les combustibles — et le seul dont la combustion ne produise que de l'eau.

3. Le pouvoir calorifique massique n'est pas le bon indicateur pour un réservoir, qui a un volume fixé. Par mètre cube :

dihydrogène à $700$ bar : $40 \times 120 = 4, 8 \times 1 0^{3} MJ / m^{3}$ ;
essence : $750 \times 47 = 3, 5 \times 1 0^{4} MJ / m^{3}$ .

À volume égal, l'essence emporte sept fois plus d'énergie. D'où les réservoirs énormes et les $700$ bar des véhicules à hydrogène. S'y ajoutent le coût énergétique de la production du dihydrogène (l'électrolyse consomme plus d'énergie qu'on n'en récupère : ce n'est pas une source mais un vecteur), les difficultés de stockage et le fait que l'essentiel du dihydrogène industriel est aujourd'hui produit… à partir du méthane, en rejetant du $CO X_{2}$ .

Contrôle : le résultat du 2. est spectaculaire, celui du 3. le retourne. C'est une leçon de méthode : un chiffre ne vaut que rapporté à la grandeur qui contraint réellement le problème — ici le volume du réservoir, pas sa masse.

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