Fiche de révision : Combustion et pouvoir calorifique

📋 Plan du Cours

1. Conditions et produits de combustion
2. Quantité de matière et masse molaire
3. Calculs de masse et de quantité
4. Pouvoir calorifique des combustibles
5. Applications énergétiques des combustibles

📖 1. Conditions et produits de combustion

🔑 Notions clés & Définitions

• Triangle du feu : Réunion d’un combustible, d’un comburant comme le dioxygène O₂ et d’une énergie d’activation sous forme de chaleur.

★ À maîtriser

• La combustion complète de la cellulose avec le dioxygène produit du dioxyde de carbone CO₂ et de l’eau H₂O sous forme gazeuse.

• Une réaction de combustion dégage de la chaleur et est donc exothermique.

Compléments

• Dans l’exemple du bois, le combustible est la cellulose de formule C₆H₁₂O₆ et le comburant est le dioxygène O₂.

📖 2. Quantité de matière et masse molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Paquet contenant 6,02 × 10²³ entités.
• Masse molaire : Masse d’une mole de cette espèce, exprimée en g/mol.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse m, la quantité de matière n et la masse molaire M sont liées par $m=nM$.

• Pour calculer la masse molaire d’une molécule, on additionne les masses molaires atomiques de ses atomes en tenant compte de leurs nombres dans la formule brute.

Compléments

• Les masses molaires atomiques utilisées sont M(C) = 12 g/mol, M(H) = 1 g/mol et M(O) = 16 g/mol.

📖 3. Calculs de masse et de quantité

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse d’un échantillon de volume V et de masse volumique ρ se calcule par $m=\rho V$.

Compléments

• La masse molaire de la cire de bougie C₁₈H₃₆O₂ est 284 g/mol, calculée par 18 × 12 + 36 × 1 + 2 × 16.

• La masse molaire de la cellulose C₆H₁₂O₆ est 180 g/mol, calculée par 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16.

• Une bouteille contenant 11 kg de butane C₄H₁₀ correspond à environ 190 mol, car sa masse molaire est 58 g/mol.

• Une bouteille contenant 11 kg de propane C₃H₈ correspond à 250 mol, car sa masse molaire est 44 g/mol.

• Une mole d’eau H₂O a une masse de 18 g et une mole de dioxyde de carbone CO₂ a une masse de 44 g.

📖 4. Pouvoir calorifique des combustibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Pouvoir calorifique massique : Énergie thermique libérée par la combustion d’un kilogramme de combustible, exprimée en J/kg ou en J·kg⁻¹, avec le kWh·kg⁻¹ comme unité usuelle.

★ À maîtriser

📐 Formule - L’énergie thermique libérée par une masse m de combustible de pouvoir calorifique Pc vérifie $Q=mPc$.

📐 Formule - La masse de combustible nécessaire pour fournir une énergie Q se calcule par $m=\frac{Q}{Pc}$.

• Pour comparer des pouvoirs calorifiques, il faut d’abord les exprimer dans la même unité.

Compléments

• La combustion de 220 g de butane de PCI égal à 45,6 MJ/kg libère 10,0 MJ d’énergie thermique.

📖 5. Applications énergétiques des combustibles

★ À maîtriser

• La combustion complète du dihydrogène s’écrit 2H₂ + O₂ → 2H₂O et produit de l’eau.

Compléments

• Une habitation de 100 m² consommant 150 kWh par m² et par an nécessite 3,4 × 10³ kg de granulés de bois par an si leur PCI vaut 1,6 × 10⁷ J/kg.

• Pour 50,0 L d’essence de masse volumique 0,68 kg/L, la masse calculée est 34 kg et, avec une masse molaire de 100 g/mol, la quantité de matière indiquée est 340 mol.

• Le pouvoir calorifique molaire du dihydrogène est 0,29 MJ/mol, soit 145 MJ/kg puisque 1 mol de H₂ a une masse de 2 g.

• Le pouvoir calorifique de l’essence est donné comme 47,3 MJ/mol, et le cours conclut que le dihydrogène fournit environ 3,1 fois plus d’énergie que l’essence pour 1 kg brûlé.

• Pour 800 m³ de méthane de masse volumique 0,8 kg/m³, la masse consommée est 640 kg et, avec un PCI de 5,0 × 10⁷ J/kg, l’énergie libérée est 3,2 × 10¹⁰ J, soit 32 GJ.

💡 Astuce mémo

Le dihydrogène fournit davantage d’énergie par kilogramme que l’essence, tandis que la combustion complète de H₂ produit de l’eau.

📊 Tableaux de synthèse

Pouvoir calorifique et exemples