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DS 7 : Turbo l’ecargot : combustion et calorimétrie.
Turbo est un escargot qui n’a qu’un seul rêve en tête : être
incroyablement rapide ! Son obsession pour la vitesse l’a rendu
quelque peu impopulaire chez les siens, où lenteur et prudence sont
de rigueur. Il s’embarque dans une aventure extraordinaire pour
accomplir son invraisemblable destinée : courir contre le plus grand
champion de course automobile, Guy La Gagne. Avec l’aide d’une
équipe d’escargots aussi rusés que stylés, l’ultime outsider Turbo
mettra tout son cœur – et sa coquille, pour prouver qu’aucun rêve
n’est trop grand, aucun rêveur n’est trop petit.
Exercice 1 : Quelle est la classe énergétique de Guy Lagagne ?
Guy Lagagne roule en formule 1, une voiture à essence, consommant en moyenne 10,8 L d’essence pour 100 km.
Turbo souhaite évaluer l’impact écologique de son concurrent en calculant ses émissions de CO2.
Document 1
Type de véhicule
Essence
Diesel
GPL
Calcul de la masse en kg de CO2 produit aux 100 km
consommation (en litre) au 100km × 2,37
consommation (en litre) au 100km × 2,65
consommation (en litre) au 100km × 1,60
Document 2 : Exemple d’étiquette énergétique
Document 3
« L’essence est un mélange complexe d’hydrocarbures. On peut considérer qu’il est équivalent à de l’isooctane
pur de formule brute C8H18. La masse volumique de l’essence est de 0,740 kg.L-1. Dans un moteur, la combustion
de l’essence avec le dioxygène de l’air produit essentiellement de la vapeur d’eau et du dioxyde de carbone ».
Données : masses molaires atomiques M(C)=12,0 g.mol-1 ; M(H)=1,0 g.mol-1
En cherchant sur internet, il découvre qu’on peut obtenir une estimation approximative des émissions de son
véhicule selon sa « carburation » (voir document 1).
1. Déterminer la masse de CO2 rejetée par la formule 1 pour 100 km parcourus à l’aide de la formule.
N’aimant pas les formules toutes faites, Turbo cherche à retrouver ce résultat en utilisant tes connaissances en
chimie acquises cette année en 1e S :
2. Après avoir écrit l’équation de la réaction de combustion de l’isooctane dans le moteur, déterminer la
quantité de matière d’isooctane consommé pour un parcours de 100 km et en déduire la quantité de
matière de dioxyde de carbone formé pour un parcours de 100 km.
3. Comparer le résultat obtenu avec celui calculé par Ia formule trouvée sur internet.
4. Compléter l’étiquette énergétique.
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Consommation de carburant :
……… L / 100 km
Exercice 2 : Oh Brasil !
Le Brésil est un grand producteur de canne à sucre dont on peut
extraire l'éthanol (C2H6O).
Au GP du Brésil, certaines voitures y roulent à l'éthanol pur.
Données
masse du véhicule : 900kg ;
masse volumique de l'éthanol : 0,80 kg.L-1
Capacité thermique massique de l’aluminium : c(Al)= 920 J.kg-1.°C -1 ;
Capacité thermique massique de l’eau liquide : c(eau)= 4186 J.kg-1.°C -1
masses molaires et n° atomiques : M(H) = 1 g.mol-1; M(C) = 12 g.mol-1; M(O) = 16 g.mol-1 ;
H(Z =1) ; C(Z=6) ; O(Z=8)
Document 1 : Voici un document extrait d’un document « la filière bioéthanol », agence ANFA.
Bilan « du puits à la roue » : mesures des gaz rejetés de la production du carburant jusqu’à sa consommation.
Remarque : Le bioéthanol est noté E85 dans le tableau.
1. Donner la représentation de Lewis et la représentation topologique de l'éthanol
2. Ecrire l'équation bilan de la combustion complète de l'éthanol dans le dioxygène.
3. Pourquoi ce type de réaction (la combustion des composés organiques) est-il responsable en partie du
réchauffement climatique ?
4. Une voiture roulant au bioéthanol rejette-elle moins de gaz à effet de serre qu’une voiture à essence ?
DS 7 : Turbo l’ecargot : combustion et calorimétrie.
On cherche à déterminer de l'énergie dégagée par la combustion de l'éthanol. Pour cela, on réalise la combustion
d’éthanol à l’aide d’une ampoule à alcool. On place au dessus de l’ampoule 3,0 L d’eau dans un récipient en
aluminium.
5. Déterminer Er l'énergie dégagée par la combustion d'un kilogramme d'éthanol à partir des données de
l'expérience en supposant que le rendement de la transformation est de 100% .
Données :
Er : Energie massique de réaction de combustion de l'éthanol en J/kg
-température initiale de l'eau et du récipient : Ti= 15 °C
-température finale de l'eau et du récipient : Ti= 40 °C
-masse de l'aluminium du récipient : m(Al)= 210 g
-masse de l'eau : m(eau)= 3,0 kg
-masse d'éthanol brulée : 12,2g
6. Déterminer l'écart relatif de la valeur expérimentale obtenue par rapport à la valeur théorique.
Energie massique de réaction de combustion de l'éthanol : Er = 29,7 MJ.kg-1
Exercice 3 : De l’essence et ses composés.
L’essence est formée de nombreux alcanes.
Donner la formule brute de l’alcane suivant :
1. CH3 – CH – CH2 – CH2 - CH – CH3


CH3
C2H5
Nommer les alcanes suivants :
2. CH3 – CH2 – CH - CH3

CH3
CH3

3. CH3 – CH – CH - CH3

CH3
CH3

5. CH3 – CH – CH2 – C - CH3


C2H5
CH3
6. CH3 – CH2 – CH2 - CH - CH – CH2 - CH3


C2H5 CH3
4. CH3 – CH2

CH3
7.
a)
b)
c)
d)
e)
Ecrire la formule semi-développée des alcanes suivants :
2-méthylbutane
3-éthylhexane
2,3-diméthylpentane
3-éthyl 2,4-diméthylhexane
2-éthylbutane
8.
Le cétane C16H34 est le constituant essentiel du gazole. Sa combustion incomplète dans l’oxygène de l’air
donne du monoxyde de carbone et de l’eau. Ecrire et ajuster l’équation de la combustion.
DS 7 : Turbo l’ecargot : combustion et calorimétrie.
Correction évaluation 7 : turbo l’escargot.
Exercice 1 : Quelle est la classe énergétique de Guy Lagagne ? / 18 pts
1.
2.
3.
La voiture est à essence donc :
m(CO2) = consommation (en litre) au 100km × 2,37
m(CO2)=10,8 × 2,37= 25,6 kg
C8H18+ 25/2O2  8CO2 + 9H2O
soit : 2 C8H18+ 25O2  16CO2 + 18H2O
Masse d’isooctane :
m(C8H18)=ρessence×Vessence,
l’essence étant assimilée à de l’isooctane pur
m(C8H18)==0,740×10,8= 8,00 kg
Extraire
Réaliser
+
+
réaliser
++
Extraire
Réaliser
+
+
Quantité de matière d’isooctane :
M(C8H18)=8×12,0+18×1,0=114 g.mol-1
n(C8H18)=m(C8H18)/ M(C8H18)
=8,00.103/114=70,1 mol
D’après l’équation de la réaction, le dioxygène étant en excès:
n(CO2)=8×n(C8H18)=561 mol
m(CO2)=n(CO2)×M(CO2)
=561 ×44,0=2,47.104 g ou 24,7 kg
Ecart relatif :
(24,7-25,6)/24,7= 3,6 % < 5 % donc les résultats sont tout à fait cohérents.
4.
+
+
+
Réaliser
++
++
Réaliser
++
+
10,8
247
+
F
Exercice 2 : Oh Brasil !
+
/ 13 pts
1.
+
+
2.
3.
4.
5.
C2H6O(g) + 3O2(g)  2 CO2(g) + 3 H2O(g)
On constate que la combustion rejette beaucoup de CO2, gaz à effet de serre.
Une voiture roulant à l’éthanol rejette moins de CO2 (140 au lieu de 160 g/km). De
plus, si on considère le cycle global (du puits à la roue), ce différentiel est encore plus
important (115 contre184).
On cherche à déterminer de l'énergie dégagée par la combustion de l'éthanol
Soit Q l'énergie thermique reçue par le récipient et l'eau
Q = Qcanette+ Qeau = mAl.CAl(Tf– Ti) + meau.Ceau.(Tf– Ti)
-3
Q = (210.10 ×920 + 3×4186).(40-15)= 320 kJ
Pour 12,2g (soit 0,0122kg) d'éthanol nous obtenons 320 kJ donc pour 1kg nous
++
+
+
++
++
DS 7 : Turbo l’ecargot : combustion et calorimétrie.
6.
obtenons 320/0,0122 = 26200 kJ = 26,2 MJ
7
Soit Er = 26,2 MJ/kg ou 2,62.10 J/kg
L’écart relatif de la valeur expérimentale obtenue par rapport à la valeur théorique.
% = (29,7-26,2)/29,7 = 0,12 soit 12%
Exercice 3 : De l’essence et ses composés.
1. CH3 – CH – CH2 – CH2 - CH – CH3


CH3
C2H5
Nommer les alcanes suivants :
/ 13 pts
formule brute : C9H20
2,2,4
4-éthyl 3-méthylheptane
Ecrire la formule semi-développée des alcanes suivants :
8. Le cétane : 2 C16H34 + 33 O2  32 CO + 34 H2 O
+
+
+