CE QUE TU DOIS SAVOIR FAIRE — écrire et équilibrer l'équation d'une combustion complète (alcane, alcool), estimer l'énergie molaire de réaction à partir des énergies de liaison, exploiter l'énergie molaire de combustion et le pouvoir calorifique massique, et discuter les enjeux — CO₂ et climat, monoxyde de carbone et sécurité.
≈ 60 min de travail · 15 exercices corrigés · mis à jour août 2026
SOMMAIRE ▾
1. Le feu apprivoisé
Tourne le bouton de la gazinière : clic, flamme bleue, l'eau des pâtes chauffe. Ce geste banal est la plus vieille conversion d'énergie de l'humanité — et elle fait tourner le monde bien au-delà de la cuisine : chaudières, moteurs, centrales. À chaque fois, la même histoire : une molécule organique rencontre le dioxygène de l'air, et une énergie qui dormait se réveille.
Dormait où ? C'est LA question de ce chapitre. Pas dans un mystérieux « stock de feu » : dans les liaisons des molécules — celles que tu as appris à lire dans les deux chapitres précédents. Tu vas d'abord écrire proprement l'équation d'une combustion, puis faire toi-même la comptabilité énergétique des liaisons, chiffrer ce qu'un kilogramme de combustible peut donner — et regarder en face le revers de la flamme : le CO₂, et son cousin toxique le CO.
La flamme bleue de la gazinière : un combustible, le comburant de l'air, et l'énergie qui dormait dans les liaisons. Tout le chapitre tient dans ce triangle — et l'équation exacte de cette flamme, c'est toi qui vas l'écrire juste en dessous.
2. L'équation d'une combustion
Une combustion est une transformation chimique, et une transformation chimique s'écrit. Les réactifs : le combustible (méthane, butane, éthanol…) et le comburant — le dioxygène de l'air. Les produits, si la combustion est complète : du dioxyde de carbone et de l'eau, rien d'autre. Reste à équilibrer — car les atomes, eux, ne se créent ni ne se perdent. Ajuste les coefficients jusqu'à ce que la balance soit à l'équilibre pour les trois éléments.
INTERACTIFLa balance des atomes
1
CH₄ +
1
O₂ →
1
CO₂ +
1
H₂O
Un coefficient multiplie TOUTE la molécule qui le suit. Le butane est le plus coriace des trois : si le dioxygène tombe sur une demi-valeur, double tous les coefficients.
Ce que la balance vient de montrer, voilà comment on l'écrit.
DÉFINITION
Une combustion est une transformation chimique qui libère de l'énergie, entre un combustible (l'espèce qui brûle) et un comburant (l'espèce qui fait brûler — ici le dioxygène de l'air). Elle est complète quand les seuls produits sont le dioxyde de carbone et l'eau. C'est aussi une réaction d'oxydoréduction : le dioxygène y joue l'oxydant.
MÉTHODE — ÉQUILIBRER UNE COMBUSTION COMPLÈTE
1.Écris les formules : combustible + O₂ → CO₂ + H₂O. Elles ne changeront plus — on n'ajuste QUE les coefficients.
2.Équilibre le carbone, puis l'hydrogène : le combustible impose les coefficients de CO₂ et de H₂O.
3.Équilibre l'oxygène EN DERNIER avec le coefficient de O₂ — sans oublier les O que le combustible apporte déjà (l'éthanol en a un). Demi-valeur ? Double tout.
EXEMPLE RÉSOLU — LE PROPANE DE LA CITERNE
Écris l'équation de la combustion complète du propane C₃H₈.
Étape 3 — à droite : \(3 \times 2 + 4 = 10\) atomes O, soit 5 O₂ : \(\mathrm{C_3H_8} + 5\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 3\,\mathrm{CO_2} + 4\,\mathrm{H_2O}\).
Conclusion : C, puis H, puis O — toujours dans cet ordre, et l'oxygène se règle tout seul à la fin. Vérifie en recomptant les trois éléments.
TESTE-TOITrois questions, trente secondes
Q1Dans la combustion du méthane sur la gazinière, le comburant est…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — le combustible brûle, le comburant fait brûler. Le CO₂, lui, est un PRODUIT — c'est même pour ça qu'un extincteur au CO₂ étouffe une flamme : il prend la place du dioxygène.
Q2Pour équilibrer une équation de combustion, on a le droit de modifier…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — une formule est l'identité d'une espèce chimique — la retoucher, c'est changer de molécule. Les coefficients disent COMBIEN de chaque molécule ; c'est le seul curseur autorisé.
Q3Les produits d'une combustion COMPLÈTE d'un alcane sont…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — CO₂ + H₂O, rien d'autre — c'est la définition de « complète ». Le carbone (la suie) et le CO signent au contraire une combustion INCOMPLÈTE — la section 5 t'expliquera pourquoi c'est grave.
3. D'où vient l'énergie ?
La flamme chauffe. Mais d'où sort cette énergie, exactement ? Voici l'idée, et elle est belle : casser une liaison coûte de l'énergie, en former une en libère. Si les liaisons formées (celles de CO₂ et H₂O) sont plus solides que celles qu'on a cassées, la différence sort — en chaleur et en lumière. Fais la comptabilité toi-même, geste par geste, sur la combustion du méthane.
INTERACTIFCasser, former, compter
Énergies de liaison (fournies au bac) : C–H 415, O=O 498, C=O 804, O–H 463 kJ/mol. L'estimation vaut pour une transformation en phase gazeuse — l'eau est comptée à l'état de vapeur.
Ce que la comptabilité vient de montrer, voilà comment on l'écrit.
DÉFINITION
L'énergie molaire de combustion d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'une mole de ce combustible. Elle s'exprime en kJ/mol ; l'énergie libérée par \(n\) moles vaut \(E = n \times E_{\text{molaire}}\).
PROPRIÉTÉ — L'ESTIMATION PAR LES ÉNERGIES DE LIAISON
Pour une transformation en phase gazeuse, l'énergie de réaction s'estime en comparant ce qu'on casse et ce qu'on forme :
Un résultat négatif signifie que le système perd de l'énergie : elle est libérée vers l'extérieur — la transformation est exothermique. C'est le cas de toutes les combustions.
Étape 1 — rompues, pour une mole de H₂ : une H–H et une demi-O=O : \(436 + 249 = 685\) kJ.
Étape 2 — formées : les deux O–H d'une molécule d'eau : \(2 \times 463 = 926\) kJ.
Étape 3 — bilan : \(685 - 926 = -241\) kJ/mol : 241 kJ libérés par mole.
Conclusion : même méthode pour n'importe quel combustible — et remarque le détail qui fait rêver les ingénieurs : la combustion du dihydrogène ne produit AUCUN CO₂, seulement de l'eau.
TESTE-TOIEncore trois sur l'énergie
Q1Casser une liaison chimique…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — une liaison est une attache : la défaire demande un effort, toujours. C'est en FORMANT les liaisons des produits que l'énergie est libérée — le sens le plus souvent inversé dans les copies.
Q2L'énergie molaire de combustion s'exprime en…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — « molaire » = par mole. Le kJ/kg existe aussi — c'est le pouvoir calorifique massique de la section suivante. Lire l'unité de la donnée, c'est déjà choisir la bonne formule.
Q3Le bilan rompues − formées du méthane vaut −804 kJ/mol. Ce signe négatif signifie…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — le système a PERDU 804 kJ par mole — partis chauffer la casserole. Négatif pour le système, gagné pour toi : toutes les combustions ont ce signe-là.
4. Le pouvoir calorifique
Au quotidien, personne n'achète des moles. On achète des kilos : une bouteille de gaz de 13 kg, un stère de bois, un plein de carburant. D'où une seconde grandeur, cousine massique de l'énergie molaire : le pouvoir calorifique. Compare — à masse égale, tous les combustibles ne se valent pas, et de loin.
INTERACTIFLe match des combustibles
masse brûlée :
Valeurs scolaires arrondies : méthane 50, butane 46, éthanol 27, bois sec 15 MJ/kg. Conversion : 1 kWh = 3,6 MJ — le kilowattheure est l'unité de ta facture d'énergie.
Ce que le match vient de montrer, voilà comment on l'écrit.
DÉFINITION
Le pouvoir calorifique massique \(PC\) d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'un kilogramme de ce combustible. Il s'exprime en J/kg — en pratique en MJ/kg. L'énergie libérée par une masse \(m\) vaut \(E = m \times PC\).
MÉTHODE — CHOISIR LA BONNE GRANDEUR
1.Donnée en moles — ou en masse avec \(M\) ? Passe par l'énergie molaire : \(E = n \times E_{\text{molaire}}\) (kJ/mol).
2.Donnée en kilogrammes ? Passe par le pouvoir calorifique : \(E = m \times PC\) (MJ/kg).
3.Facture ou comparaison domestique ? Convertis en kilowattheures : divise les MJ par 3,6. Contrôle-réflexe : kJ/mol et MJ/kg ne se mélangent JAMAIS sans conversion.
EXEMPLE RÉSOLU — LA BOUTEILLE DE 13 KG
Une bouteille domestique contient 13 kg de butane (PC = 46 MJ/kg). Quelle énergie représente-t-elle, en MJ puis en kWh ?
Étape 1 — \(E = m \times PC = 13 \times 46 = 598\) MJ.
Conclusion : 166 kWh dans une bouteille qu'on porte à deux mains — des semaines de cuisson. Les combustibles stockent une énergie considérable : c'est leur force, et tout le problème.
TESTE-TOITrois sur le pouvoir calorifique
Q1Le pouvoir calorifique massique s'exprime en…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — « massique » = par kilogramme. Le kJ/mol est son cousin molaire, et le watt mesure une PUISSANCE (de l'énergie par seconde) — trois grandeurs, trois usages.
Q2L'énergie libérée par la combustion de \(m\) kilogrammes vaut…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — deux fois plus de combustible, deux fois plus d'énergie : une simple proportionnalité. Et dans l'autre sens, \(m = E/PC\) donne la masse à brûler pour un besoin donné.
Q3À masse égale, brûler du méthane (50 MJ/kg) plutôt que du bois sec (15 MJ/kg) fournit…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — \(50/15 \approx 3{,}3\) : le rapport des pouvoirs calorifiques dit tout. C'est le graphique de la section : à masse égale, les barres ne jouent pas dans la même cour.
5. CO₂, CO et sécurité
Reste le revers de la flamme. Chaque équation de ce chapitre fabrique du CO₂ — et le CO₂ des combustions fossiles s'accumule dans l'atmosphère où il renforce l'effet de serre. Et quand l'air vient à manquer, la combustion devient incomplète : elle produit du carbone (la suie) et du monoxyde de carbone CO, invisible, inodore et mortel. Un bon chimiste sait diagnostiquer tout ça — à toi.
INTERACTIFLe diagnostic
SITUATION 1/4
La flamme de la gazinière est jaune-orangé au lieu de bleue, et un dépôt noir apparaît sous la casserole. Ton diagnostic ?
Dans une pièce fermée chauffée par un vieux poêle, toute la famille a des maux de tête et des nausées — sans aucune odeur suspecte. Le coupable probable ?
À l'échelle de la planète, brûler massivement charbon, pétrole et gaz pose problème parce que…
Pour rendre le chauffage au gaz d'un logement plus sûr, la priorité est…
PAS ENCORE — repense aux deux gaz : le CO₂ (enjeu climat, non toxique à ces doses) et le CO (toxique, né du manque d'air).
EXACT — le dépôt noir, c'est du carbone imbrûlé : l'air manque, la combustion est incomplète — et le CO n'est jamais loin. Flamme bleue = complète ; flamme jaune = brûleur à faire vérifier.
EXACT — le CO des combustions incomplètes : invisible, inodore, il prend la place du dioxygène dans le sang. Les bons gestes : aérer grand, sortir, appeler les secours (112).
EXACT — le carbone fossile, enfoui depuis des millions d'années, est renvoyé dans l'air en quelques décennies : le CO₂ s'accumule et le climat se réchauffe. Le dioxygène, lui, ne manque pas.
EXACT — chaudière entretenue + air qui circule = combustion complète, pas de CO. Boucher les aérations est exactement le geste qui tue — et un détecteur de CO complète la panoplie.
Flamme bleue = combustion complète (CO₂ + H₂O). Flamme jaune + suie = incomplète (CO, carbone). Le bon réflexe domestique tient en trois mots : aérer, entretenir, détecter.
PROPRIÉTÉ — LES DEUX GAZ À CONNAÎTRE
Le dioxyde de carbone CO₂ est le produit inévitable de toute combustion complète : non toxique aux doses domestiques, mais gaz à effet de serre — c'est l'enjeu climatique des combustions fossiles. Le monoxyde de carbone CO naît du manque de dioxygène (combustion incomplète) : invisible, inodore et mortel — c'est l'enjeu sécurité, première cause de mortalité par intoxication en France.
À RETENIR
Toute combustion émet du CO₂ — celui des combustibles fossiles pèse sur le climat. Une combustion mal alimentée en air émet du CO, mortel. Flamme bleue = complète ; flamme jaune + suie = alerte : aérer, entretenir, détecter.
TESTE-TOIQuatre questions pour finir
Q1Le monoxyde de carbone CO est particulièrement dangereux parce qu'il est…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — aucun signal d'alarme naturel : on ne le voit pas, on ne le sent pas, et il asphyxie en silence. D'où le détecteur de CO — le seul « nez » capable de le repérer.
Q2Le problème climatique des combustions fossiles vient…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — le CO₂ ajouté par les combustions fossiles renforce l'effet de serre — c'est un déséquilibre du bilan radiatif, pas la chaleur des flammes elles-mêmes, négligeable à l'échelle du climat.
Q3Une flamme jaune-orangé qui dépose de la suie signale…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — la suie, c'est du carbone qui n'a pas trouvé assez de dioxygène pour finir en CO₂ — et le CO accompagne souvent le tableau. Une flamme saine de gazinière est bleue.
Q4Une combustion devient incomplète quand…
PAS ENCORE — élimine cette réponse et réessaie.
EXACT — pas assez de comburant : le carbone s'arrête en chemin (CO, suie) au lieu de finir en CO₂. C'est pour ça que tout tourne autour de l'air : aérations libres, brûleurs propres, conduits ramonés.
LES PIÈGES CLASSIQUES
Équilibrer en bricolant les formules. Écrire « CO₃ » ou « H₂O₂ » pour faire tomber les comptes, c'est changer de molécule. Les formules sont des identités : on n'ajuste QUE les coefficients — C, puis H, puis O.
Oublier l'oxygène du combustible. L'éthanol C₂H₆O apporte déjà un atome O : sa combustion prend 3 O₂, pas 3,5. Compte TOUS les oxygènes des deux côtés avant de régler le coefficient de O₂.
Mélanger kJ/mol et MJ/kg. L'énergie molaire se multiplie par \(n\), le pouvoir calorifique par \(m\). Lis l'unité de la donnée AVANT de choisir la formule — c'est elle qui décide, pas l'habitude.
Inverser casser et former. Casser une liaison COÛTE de l'énergie ; en former une en LIBÈRE. Le feu chauffe parce que les liaisons formées (CO₂, H₂O) sont plus solides que celles qu'on a cassées — jamais l'inverse.
Confondre CO₂ et CO. Le CO₂ est l'enjeu climat — non toxique aux doses domestiques. Le CO est le tueur silencieux des combustions incomplètes. Deux gaz, deux problèmes, deux réponses — les mélanger coûte cher, en points et en raisonnement.
L'ESSENTIEL EN 5 LIGNES
ÉQUATION
Combustible + O₂ → CO₂ + H₂O (combustion complète). On équilibre C, puis H, puis O — coefficients seulement, et gare aux O du combustible.
ÉNERGIE
\(E = n \times E_{\text{molaire}}\) (kJ/mol). Estimation : \(\sum\) rompues \(- \sum\) formées, négative — casser coûte, former libère.
POUVOIR
\(E = m \times PC\) (MJ/kg) : méthane ≈ 50, butane ≈ 46, éthanol ≈ 27, bois ≈ 15. Conversion facture : 1 kWh = 3,6 MJ.
INCOMPLÈTE
L'air manque → CO (inodore, mortel) et carbone (suie). Flamme jaune = alerte ; aérer, entretenir, détecter.
CLIMAT
Toute combustion émet du CO₂ ; celui des fossiles (charbon, pétrole, gaz) s'accumule et renforce l'effet de serre — l'enjeu énergétique du siècle.
Exercices
15 corrigés
Commence par le niveau 1. Cherche vraiment avant d'ouvrir le corrigé — c'est là que ça rentre. Les exercices suivent l'ordre du cours : équations, énergie molaire et liaisons, pouvoir calorifique, enjeux — et un problème pour finir.
EXERCICE 01 · le vocabulaire de la flammeniveau 1
Sur une gazinière au méthane : a. quel est le combustible ? b. quel est le comburant, et d'où vient-il ? c. quels sont les produits, si la combustion est complète ?
CORRIGÉ
a. — le méthane CH₄ — l'espèce qui brûle.
b. — le dioxygène O₂, pris dans l'air ambiant — l'espèce qui fait brûler.
c. — du dioxyde de carbone CO₂ et de l'eau H₂O, uniquement.
Conclusion : combustible, comburant, produits — trois mots à placer correctement avant tout calcul. La flamme a besoin des DEUX réactifs : privée d'air, elle s'éteint… ou fait pire (section 5).
EXERCICE 02 · équilibrer, deux foisniveau 1
Écris et équilibre l'équation de la combustion complète : a. du méthane CH₄ ; b. du propane C₃H₈ (le gaz des citernes).
CORRIGÉ
a. — \(\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}\) — 1 C, 4 H, 4 O de chaque côté ✓.
b. — 3 C → 3 CO₂ ; 8 H → 4 H₂O ; \(6 + 4 = 10\) O → 5 O₂ : \(\mathrm{C_3H_8} + 5\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 3\,\mathrm{CO_2} + 4\,\mathrm{H_2O}\).
Conclusion : C, H, puis O — et une vérification par recomptage à la fin. Trente secondes bien investies.
EXERCICE 03 · l'éthanol du réchaudniveau 2
L'éthanol C₂H₆O alimente les réchauds à fondue. a. Écris et équilibre sa combustion complète. b. Un camarade a écrit « C₂H₆O + 3,5 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O » : quelle erreur a-t-il commise ?
CORRIGÉ
a. — 2 C → 2 CO₂ ; 6 H → 3 H₂O ; à droite \(4 + 3 = 7\) O, dont 1 déjà apporté par l'éthanol : il en faut 6 de O₂, soit 3 O₂ : \(\mathrm{C_2H_6O} + 3\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 2\,\mathrm{CO_2} + 3\,\mathrm{H_2O}\).
b. — il a oublié l'oxygène du combustible : son équation compte 8 O à gauche pour 7 à droite. L'O de l'éthanol se compte comme les autres.
Conclusion : dès que le combustible contient de l'oxygène (alcools !), l'inventaire des O se fait des deux côtés — c'est LE piège de l'équilibrage.
EXERCICE 04 · première énergieniveau 1
L'énergie molaire de combustion du méthane vaut environ 800 kJ/mol. Quelle énergie libère la combustion complète de 2,0 mol de méthane ?
Conclusion : « molaire » = par mole : on multiplie par le nombre de moles, point. La subtilité viendra quand la donnée sera une masse (exercice suivant).
EXERCICE 05 · de la masse à l'énergieniveau 2
On brûle complètement 8,0 g de méthane (M = 16 g/mol ; Emolaire = 800 kJ/mol). a. Calcule la quantité de matière brûlée. b. Calcule l'énergie libérée, en kJ puis en MJ.
CORRIGÉ
a. — \(n = m/M = 8{,}0/16 = 0{,}50\) mol.
b. — \(E = 0{,}50 \times 800 = 400\) kJ, soit 0,40 MJ.
Conclusion : la chaîne m → n → E, avec M comme passeur. Retiens l'ordre de grandeur : quelques grammes de gaz, des centaines de kilojoules.
EXERCICE 06 · l'estimation par les liaisonsniveau 2
Refais l'estimation du cours pour \(\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}\) (gaz). Données : C–H 415, O=O 498, C=O 804, O–H 463 kJ/mol. a. Liste et chiffre les liaisons rompues. b. Liste et chiffre les liaisons formées. c. Conclus sur l'énergie molaire de combustion.
b. — 2 C=O (le CO₂) et 4 O–H (les deux H₂O) : \(2 \times 804 + 4 \times 463 = 1\,608 + 1\,852 = 3\,460\) kJ récupérés.
c. — \(2\,656 - 3\,460 = -804\) kJ/mol : environ 800 kJ libérés par mole, en accord avec la valeur des tables.
Conclusion : dessine les molécules, inventorie les liaisons, et le calcul se fait tout seul. L'erreur classique est d'oublier que CHAQUE molécule d'eau porte deux O–H.
EXERCICE 07 · l'éthane, en autonomieniveau 2
Soit la combustion complète de l'éthane : \(\mathrm{C_2H_6} + \tfrac{7}{2}\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 2\,\mathrm{CO_2} + 3\,\mathrm{H_2O}\) (gaz). a. Vérifie l'équilibrage. b. Estime l'énergie molaire de combustion (C–C 348, C–H 415, O=O 498, C=O 804, O–H 463 kJ/mol).
CORRIGÉ
a. — 2 C ✓ ; 6 H → 3 H₂O ✓ ; à droite \(4 + 3 = 7\) O = \(\tfrac{7}{2} \times 2\) ✓ (en doublant tout : \(2\,\mathrm{C_2H_6} + 7\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 4\,\mathrm{CO_2} + 6\,\mathrm{H_2O}\)).
Conclusion : une chaîne plus longue, plus de liaisons, plus d'énergie — l'éthane libère presque le double du méthane. La méthode, elle, ne change pas d'un pouce.
EXERCICE 08 · la bouteille de campingniveau 2
Une bouteille de camping contient 1,8 kg de butane (PC = 46 MJ/kg). a. Quelle énergie totale peut-elle libérer ? b. Convertis en kilowattheures. c. Combien d'heures ferait-elle tourner un radiateur de 1 kW ?
CORRIGÉ
a. — \(E = m \times PC = 1{,}8 \times 46 = 82{,}8\) MJ.
b. — \(82{,}8 / 3{,}6 = 23\) kWh.
c. — un appareil de 1 kW consomme 1 kWh par heure : 23 heures.
Conclusion : MJ pour la chimie, kWh pour la facture — et le radiateur de 1 kW est le convertisseur mental parfait entre les deux.
EXERCICE 09 · la formule à l'enversniveau 2
Une maison mal isolée demande 90 MJ de chauffage par jour de grand froid. Quelle masse faut-il brûler chaque jour si l'on chauffe : a. au bois sec (PC = 15 MJ/kg) ? b. au méthane (PC = 50 MJ/kg) ? c. Commente l'écart.
CORRIGÉ
a. — \(m = E/PC = 90/15 = 6{,}0\) kg de bois.
b. — \(90/50 = 1{,}8\) kg de méthane.
c. — plus de trois fois moins de masse pour le gaz : son pouvoir calorifique est bien supérieur. Mais la masse n'est pas le seul critère — origine fossile ou renouvelable, CO₂, prix : la section 5 et l'exercice 14 complètent le tableau.
Conclusion : \(m = E/PC\), la formule retournée — et un rappel que comparer des combustibles ne se réduit jamais à un seul nombre.
EXERCICE 10 · le kilowattheureniveau 2
1 kWh = 3,6 MJ. a. Convertis 45 MJ en kWh. b. Un chauffe-eau consomme 2,5 kWh par jour : convertis en MJ. c. Quelle masse de méthane (PC = 50 MJ/kg) libérerait l'énergie quotidienne de ce chauffe-eau ?
CORRIGÉ
a. — \(45/3{,}6 = 12{,}5\) kWh.
b. — \(2{,}5 \times 3{,}6 = 9{,}0\) MJ.
c. — \(m = 9{,}0/50 = 0{,}18\) kg — 180 grammes de gaz.
Conclusion : la conversion MJ ↔ kWh est un aller-retour à maîtriser sans hésiter — elle relie la chimie du chapitre à la facture de la maison.
EXERCICE 11 · le CO₂ émisniveau 2
On brûle complètement 1,0 kg de méthane (M = 16 g/mol ; M(CO₂) = 44 g/mol). a. Calcule la quantité de matière de méthane. b. Déduis-en la masse de CO₂ émise (équation : 1 CH₄ → 1 CO₂). c. La masse de CO₂ dépasse la masse de gaz brûlé — d'où vient le surplus ?
CORRIGÉ
a. — \(n = 1\,000/16 = 62{,}5\) mol.
b. — autant de CO₂ : \(m = 62{,}5 \times 44 = 2\,750\) g = 2,75 kg.
c. — des atomes d'oxygène de l'air : chaque carbone repart avec deux O pris au dioxygène — la masse du CO₂ compte le carbone ET son escorte.
Conclusion : brûler 1 kg de gaz émet près de 3 kg de CO₂. Ce facteur presque ×3, contre-intuitif, est un classique des sujets « enjeux » — et une bonne histoire de conservation de la masse.
EXERCICE 12 · la combustion incomplèteniveau 3
Quand l'air manque, le méthane peut brûler en monoxyde de carbone : CH₄ + O₂ → CO + H₂O (à équilibrer). a. Équilibre cette équation (coefficients entiers). b. Dans quelles conditions cette combustion remplace-t-elle la complète ? c. Pourquoi le CO est-il si dangereux ? d. Cite trois gestes de prévention.
CORRIGÉ
a. — \(2\,\mathrm{CH_4} + 3\,\mathrm{O_2} \longrightarrow 2\,\mathrm{CO} + 4\,\mathrm{H_2O}\) — remarque : 3 O₂ au lieu de 4 pour deux méthanes : il faut MOINS de dioxygène.
b. — quand le dioxygène manque : pièce confinée, brûleur encrassé, conduit obstrué — le carbone s'arrête à CO au lieu d'aller jusqu'à CO₂.
c. — invisible et inodore, il se fixe sur l'hémoglobine à la place du dioxygène : l'asphyxie vient sans aucun signal d'alerte.
d. — aérer (ne jamais boucher les aérations), faire entretenir chaudières et conduits chaque année, installer un détecteur de CO.
Conclusion : la même chimie qui chauffe la maison peut la rendre mortelle — la différence tient à l'air disponible. C'est l'exercice le plus utile du chapitre, au sens propre.
EXERCICE 13 · le réchaud de campingniveau 3
Une cartouche de réchaud contient 232 g de butane (M = 58 g/mol ; PC = 46 MJ/kg). a. Calcule la quantité de matière de butane. b. Calcule l'énergie totale disponible via le pouvoir calorifique. c. Déduis-en l'énergie molaire de combustion du butane. d. Le réchaud délivre environ 1 kW : estime la durée de fonctionnement d'une cartouche.
c. — \(E_{\text{molaire}} = 10\,672/4{,}0 \approx 2\,700\) kJ/mol — l'énergie molaire et le pouvoir calorifique décrivent la même chose, à la molaire ou au kilo.
d. — 1 kW = 1 kJ/s : \(10\,672\) s \(\approx 3{,}0\) h de flamme à pleine puissance.
Conclusion : quatre questions, quatre grandeurs (n, E, E molaire, durée) — le circuit complet du chapitre sur un objet que tu peux tenir dans la main.
EXERCICE 14 · problème : l'eau chaude de la maisonniveau 3
L'eau chaude d'un foyer demande environ 18 MJ par jour. a. Quelle masse de méthane (PC = 50 MJ/kg) faut-il brûler chaque jour ? b. Quelle masse de bois sec (PC = 15 MJ/kg) ? c. Calcule la masse de CO₂ émise par la solution au méthane (M = 16 g/mol, M(CO₂) = 44 g/mol). d. On dit le bois « neutre en carbone » : explique l'argument, puis donne-lui une limite.
CORRIGÉ
a. — \(m = 18/50 = 0{,}36\) kg de méthane.
b. — \(18/15 = 1{,}2\) kg de bois.
c. — \(n = 360/16 = 22{,}5\) mol → \(m(\mathrm{CO_2}) = 22{,}5 \times 44 = 990\) g ≈ 1,0 kg de CO₂ par jour, rien que pour l'eau chaude.
d. — l'argument : le carbone du bois vient du CO₂ que l'arbre a capté récemment — le brûler restitue ce carbone « en cycle court », sans puiser dans le sous-sol. Les limites : il faut que la forêt repousse vraiment, et la combustion du bois émet aussi des particules fines.
Conclusion : un kilo de CO₂ par jour pour trois douches — multiplié par des millions de foyers, voilà l'ordre de grandeur qui fait de la chimie des combustions un sujet de société.
VERS LE BAC — EXERCICE 15≈ 45 MIN · SANS CALCULATRICE
La chaudière au gaz naturel. Données : le gaz naturel est assimilé à du méthane CH₄ (M = 16 g/mol) ; énergie molaire de combustion : 800 kJ/mol ; M(CO₂) = 44 g/mol ; 1 kWh = 3,6 MJ. Une chaudière murale brûle 720 g de méthane pendant une soirée d'hiver.
PARTIE A — LA CHIMIE DE LA FLAMME
Écris l'équation de la combustion complète du méthane.
Identifie le combustible et le comburant, en précisant d'où vient ce dernier.
Explique pourquoi la ventilation du local est une question de vie ou de mort.
PARTIE B — LE COMPTE DE LA SOIRÉE
Calcule la quantité de matière de méthane brûlée.
Calcule l'énergie libérée, en kJ puis en MJ.
Convertis cette énergie en kilowattheures.
Calcule la masse de dioxyde de carbone rejetée.
Le technicien observe une flamme orangée et un dépôt de suie : formule une hypothèse et indique la conduite à tenir.
A.2 — combustible : le méthane ; comburant : le dioxygène, prélevé dans l'air du local — d'où l'importance de l'aération.
A.3 — sans renouvellement d'air, le dioxygène s'épuise : la combustion devient incomplète et produit du CO, invisible, inodore et mortel. Ventilation libre + entretien + détecteur.
B.4 — autant de moles de CO₂ que de méthane : \(45 \times 44 = 1\,980\) g ≈ 2,0 kg de CO₂.
B.5 — flamme orangée + suie = combustion incomplète, probablement par manque d'air ou brûleur encrassé : risque de CO. Arrêt, aération, entretien par un professionnel avant remise en route.
Conclusion : tout le chapitre en un objet du quotidien — équation, moles, énergie, facture, CO₂, sécurité. Les nombres tombent ronds quand on pose \(n\) d'abord : c'est voulu, et c'est l'esprit du sans-calculatrice.