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Comprendre
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BUT :
Matériel à disposition
RETOUR DE FLAMME (CONSIGNES)
Mettre en œuvre un protocole pour estimer la valeur de l’énergie libérée lors d’une
combustion
COMPETENCES :
REA
ANA
VAL
AUT
Réaliser ou compléter un schéma permettant de mettre en œuvre le protocole
REA1
expérimental
Réaliser une série de mesures et relever les résultats (tableau, graphique, …)
REA6
Proposer et/ou justifier un protocole, identifier les paramètres pertinents
ANA3
Extraire des informations des données expérimentales et les exploiter
VAL1
Confronter un modèle à des résultats expérimentaux : vérifier la cohérence des
VAL3
résultats obtenus avec ceux attendus
Issy CsaKaï est une élève de 1ère S qui s’interroge sur l’utilisation et le choix des combustibles. Elle
aimerait bien comprendre pourquoi du gaz naturel ou une bougie dégagent de l’énergie lorsqu’on les brûle.
Au cours de ses recherches, elle a entendu parler de Pouvoir calorifique et de transferts thermiques …
Il faut donc aider Issy à lever certaines de ses interrogations et elle aimerait bien, notamment,
déterminer l’énergie libérée par la combustion de 1 kg de paraffine.
1. Préalable/Rappels
Doc 1 : Pouvoir calorifique
Les combustibles lorsqu’on les brûle dégagent de l’énergie. Pour pouvoir les comparer et déterminer
celui qui pourrait être le plus intéressant, on détermine leur pouvoir calorifique qui correspond à l’énergie
libérée par la combustion de 1kg de combustible. Cette combustion lorsqu’elle est complète produit du
dioxyde de carbone et de l’eau.
Doc 2 : Transferts thermiques
Un transfert thermique peut servir :
soit à modifier la température d’un corps (modification de l’agitation thermique des particules)
soit à modifier l’état physique des corps (modification des interactions entre particules).
L’énergie correspondante notée Q est comptée positivement si elle est reçue (gagnée) et négativement
si elle est cédée (perdue)
Dans le cas d’une modification de température l’énergie thermique transférée s’écrit :
m : masse en kg
c : capacité thermique massique en J.kg-1.°C-1
Q = m×c×∆θ
∆θ : variation de température en °C
Q : énergie thermique en J
Dans le cas d’un changement d’état l’énergie thermique transférée s’écrit :
m : masse en kg
L : énergie massique de changement d’état en J.kg-1
Q = m×L
Q : énergie thermique en J
2. Energie libérée lors d’une combustion
2.1. Protocole :
A l’aide du matériel figurant ci-après, proposer un protocole permettant de déterminer
l’énergie libérée par la combustion d’un kilogramme de paraffine.
Le protocole proposé fera apparaître notamment un schéma légendé et les différentes étapes,
mesures et calculs envisagés.
Balance (précise au 1/100ème)
Thermomètre électronique
Eprouvette graduée 250 mL
Support + noix (2)
Pince 2 doigts
Pince 4 doigts
Bougie en paraffine (de type chauffe plat)
Canette de boisson en aluminium
Eau
Allumettes
APPEL
Faire valider le protocole par le professeur
En attendant le protocole distribué par le professeur, répondre aux questions du
paragraphe 3. Quelques questions complémentaires.
2.2. Exploitation :
A partir des mesures effectuées il faut déterminer le pouvoir calorifique P de la
paraffine (en kJ.kg-1) encore appelé "énergie de combustion pour 1 kg de paraffine"
Pour cela, répondre aux questions associées au protocole
3. Quelques questions complémentaires
La paraffine peut être considérée comme un hydrocarbure de formule brute C25H52
3.1. A quelle famille de composé organique appartient la paraffine ? Argumenter.
3.2. Justifier l’état physique de la paraffine à la température ambiante.
3.3. Ecrire l’équation de la combustion de la paraffine dans le dioxygène de l’air.
3.4. En utilisant un tableau d’avancement, déterminer la masse d’eau et la masse de
dioxyde de carbone produites par la combustion d’un kg de paraffine.
3.5. La paraffine se combine à l’état gazeux avec le dioxygène de l’air. Que peut-on en
déduire sur la température de la flamme ?
Données
Températures de changement d’état
Formule brute
Nom
CH4
méthane
C2H6
éthane
C3H8
propane
C4H10
butane
C10H22
décane
C25H52
paraffine
Capacités thermiques massiques
espèce
C en kJ.kg-1.°C-1
Masses molaires atomiques
atome
M en g.mol-1
θfus (°C)
θeb (°C)
(à 1013 hPa)
-182
-183
-187
-138
-29
36
-161
-88
-42
-0,5
174
345
alu
0,90
eau
4,18
fer
0,46
H
1,0
C
12,0
O
16,0
Pouvoir
calorifique
(MJ.kg-1)
50,6
47,8
46,4
45,8
44,2
46,0
Comprendre
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RETOUR DE FLAMME (PROTOCOLE)
LIRE L’ENSEMBLE DU PROTOCOLE
PROTOCOL AVANT DE FAIRE LES MANIPULATIONS.
Peser la boite de boisson vide. Noter m1.
Mesurer à l’éprouvette graduée 250 mL d’eau
Peser la boite avec l'eau. Noter m2.
Peser la bougie. Noter m3
Réaliser le montage suivant
thermomètre
canette
de
boisson
bougie
Mettre en place le thermomètre, agiter et mesurer la température initiale de l'ensemble eau +
boite. Noter θ1
Allumer la bougie et suivre l'évolution de la température en agitant régulièrement. Lorsque la
température de l'eau atteint environ 30°C,
30°C éteindre la bougie. Continuer d'agiter et noter la valeur
maximale atteinte : θ2
ATTENTION, EN ETEIGNANT LA BOUGIE
BOUG IL FAUT VEILLER A NE PAS PROJETER DE
PARAFFINE FONDUE.
Peser à nouveau la bougie et ses accessoires.
accessoires Noter m4
2.2. Exploitation :
2.2.1. Que représente m2 – m1 ?
2.2.2. Que représente m4 – m3 ?
2.2.3.. Calculer l’énergie thermique reçue par l’eau.
2.2.4.. Calculer l’énergie thermique reçue par la canette de boisson.
2.2.5. En admettant que toute l’énergie reçue par la canette et son contenu a été cédée par la
combustion de la bougie,, montrer que l’énergie cédée par la bougie s’écrit :
Qbougie = [(m2 – m1)×ceau + m1×calu]×(θ2 – θ1)
2.2.6.. En déduire le pouvoir calorifique de la paraffine.
2.2.7.. Comparer le résultat obtenu aux données en calculant l’écart relatif
Identifier les éventuelles sources d’erreurs.
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