Fiche de révision : Physique chimie

📋 Plan du Cours

1. Principes généraux de la combustion
2. Combustibles et comburants
3. Combustion complète et stœchiométrie
4. Combustion incomplète et risques
5. Volumes gazeux et composition de l’air
6. Pouvoir calorifique des combustibles

📖 1. Principes généraux de la combustion

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustion : Combinaison rapide et fortement exothermique d’un combustible avec un comburant, initiée par une énergie d’activation.
• Oxydoréduction sèche : Réaction d’oxydoréduction par voie sèche entre le réducteur combustible et l’oxydant comburant, sans milieu aqueux.
• Énergie d’activation : L’énergie d’activation est l’apport d’énergie nécessaire pour initier une combustion, par exemple sous forme d’étincelle.

★ À maîtriser

• L’énergie libérée par une combustion est une énergie thermique utilisable pour le chauffage des locaux ou la cuisson des aliments.

Compléments

📌 Une réaction endothermique absorbe de l’énergie, tandis qu’une réaction athermique n’en absorbe et n’en dégage pas.

💡 Astuce mémo

Combustible + comburant + activation → combustion

📖 2. Combustibles et comburants

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustible : Corps dont la destruction par une flamme produit de l’énergie thermique.
• Comburant : Corps qui, lorsqu’il est combiné à un combustible, permet et entretient la combustion.

★ À maîtriser

• Les principaux combustibles sont:
  • fioul
  • gasoil
  • éthanol
  • méthane
  • propane
  • butane

Compléments

• Les combustibles solides proviennent de la transformation du bois selon la succession suivante:

  • bois
  • tourbe
  • lignite
  • houille
  • anthracite

• Dans les utilisations domestiques, le comburant est le dioxygène de l’air.

💡 Astuce mémo

Le combustible brûle, le comburant entretient

📖 3. Combustion complète et stœchiométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustion complète : Une combustion est complète lorsque le combustible et le comburant réagissent dans les proportions stœchiométriques et que les produits ne contiennent plus aucun élément combustible.

★ À maîtriser

📐 Formule - La combustion complète du méthane s’écrit $\mathrm{CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$.

• Lors de la combustion complète d’un hydrocarbure, les produits sont le dioxyde de carbone et l’eau, la flamme est bleue et l’énergie obtenue est maximale.

Compléments

• Pour brûler complètement un volume V de méthane gazeux, il faut un volume 2V de dioxygène et un volume 10V d’air, et il se forme un volume V de dioxyde de carbone.

💡 Astuce mémo

Proportions stœchiométriques → combustion complète → énergie maximale

📖 4. Combustion incomplète et risques

🔑 Notions clés & Définitions

• Combustion incomplète : Réaction dont les produits contiennent encore des éléments combustibles parce que le dioxygène est en défaut.

★ À maîtriser

• La combustion incomplète d’un hydrocarbure peut produire:

  • du carbone
  • du monoxyde de carbone
  • de l’eau

• La combustion incomplète produit une flamme fuligineuse jaune, une énergie inférieure à celle de la combustion complète et des dépôts noirs de carbone.

• Le monoxyde de carbone est un gaz incolore, inodore et très toxique.

Compléments

📐 Formule - Deux équations possibles de combustion incomplète du méthane sont $\mathrm{CH_4 + O_2 \rightarrow C + 2H_2O}$ et $\mathrm{CH_4 + \frac{3}{2}O_2 \rightarrow CO + 2H_2O}$.

💡 Astuce mémo

Flamme bleue et CO₂ contre flamme jaune et CO

📖 5. Volumes gazeux et composition de l’air

★ À maîtriser

• Aux CNTP, soit 0 °C ou 273 K et 1,013·10⁵ Pa, le volume molaire des gaz vaut 22,4 L·mol⁻¹.

• La composition volumique de l’air est:

  • 78 % de diazote
  • 21 % de dioxygène
  • 1 % de dioxyde de carbone et de gaz rares

Compléments

• À température et pression identiques, des quantités de matière gazeuses égales occupent des volumes égaux.

📐 Formule - En approximation, l’air contient 20 % de dioxygène, soit un cinquième, donc $V_{\mathrm{air}} = 5V_{\mathrm{O_2}}$.

💡 Astuce mémo

CNTP : 0 °C, 1,013·10⁵ Pa, 22,4 L·mol⁻¹

📖 6. Pouvoir calorifique des combustibles

🔑 Notions clés & Définitions

• Pouvoir calorifique : Énergie libérée par la combustion complète, à pression normale, de 1 kg de combustible solide ou liquide ou de 1 m³ de combustible gazeux, les réactifs et produits étant ramenés à 0 °C.
• Pouvoir calorifique supérieur : Défini lorsque l’eau formée par la combustion d’un combustible hydrogéné se retrouve à l’état liquide et que sa condensation ajoute de la chaleur récupérable.

★ À maîtriser

📌 Pour un combustible hydrogéné, le pouvoir calorifique supérieur correspond à une eau produite liquide, tandis que le pouvoir calorifique inférieur correspond à une eau produite gazeuse.

Compléments

• Le pouvoir calorifique du carbone est de l’ordre de 3,0·10⁴ kJ·kg⁻¹ et celui du méthane est de l’ordre de 4,0·10⁴ kJ·m⁻³.

• En pratique, le PCI est généralement utilisé à pression constante, car la vapeur d’eau n’est pas condensée dans les appareils de chauffage et de cuisson, sauf dans les chaudières à condensation.

💡 Astuce mémo

Eau liquide : PCS ; eau gazeuse : PCI

📊 Tableaux de synthèse

Combustion complète et incomplète