Chapitre 3 : Les combustions

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1 Chapitre 3 : Les combustions 1/ Définition et triangle du feu L expérience dans laquelle une substance brûle est une combustion : De la chaleur, du bruit et de la lumière sont produites. Une combustion est une transformation chimique, c est-à-dire que des molécules réagissent ensemble pour former de nouvelles molécules. Les molécules qui réagissent sont appelées REACTIFS et les molécules qui apparaissent sont appelées PRODUITS Les pompiers sont des «maîtres du feu» : Dans leur caserne sont affichés le triangle du feu et la règle de 3 «C» Régle des 3 C : «Pour qu un feu brûle, il faut un combustible, un comburant et de la chaleur» En conséquence, pour qu il y ait une combustion, il faut : Un COMBURANT : ce qui FAIT BRULER Un COMBUSTIBLE : ce qui BRULE Un ELEMENT DECLENCHEUR: Cela peut être : la CHALEUR Une ETINCELLE Une FLAMME Si un des éléments est absent, le feu CESSE! NOTATION : REACTIFS (début) COMBUSTIBLE (bois, essence, alcool ) COMBURANT (dioxygène) Ils (apparaissent / disparaissent) PRODUITS (fin) Ils (apparaissent / disparaissent)

2 2/ La combustion du charbon A/ TP démarche d investigation : le Barbecue de Mr Merguez! Je te demande de m aider pour savoir si du dioxyde de carbone est bien produit lors de la combustion du bois dans le dioxygène. Ce que je sais, c est que le bois qu on utilise est du carbone! Allez bon courage, je t ai laissé du matériel pour faire ton expérience sur le chariot! 1/ Ce que je vais faire Je vais faire bruler un morceau de charbon (fusain) dans un bocal rempli de dioxygène. J ajouterai (avant ou après) de l eau de chaux afin de détecter l éventuel dioxyde carbone qui se serait produit. Le matériel que je vais utiliser est : Briquet, bocal, dioxygène, fusain (charbon), pince crocodile, eau de chaux 2/ Je réalise mon expérience dans le calme. (appelle le professeur ) 3/ Ce que j observe Les résultats de mon expérience sont : L eau de chaux se trouble lorsque l on agite le bocal juste après la combustion. On peut déjà en déduire que du dioxyde de carbone a été produit. Je réalise des schémas légendés et PROPRES de TOUTES les expériences que j ai faites et j indique les résultats: 4/ Ce que je conclus : Rédige un «petit mot» à PANORAMIX pour lui donner ta réponse.

3 Panoramix, je t affirme que du dioxyde de carbone a bien été produit lors de la combustion du charbon dans le dioxygène car l eau de chaux s est troublée. Ouverture : ( /1) Les romains me disaient que le CO 2 était responsable de l effet de serre? Qu est-ce que l effet de serre? Est-ce vrai? (voir photo de la page suivante) L effet de serre est une espèce de couverture de survie de la planète formée par une couche de gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone. Si elle n était pas là, il ferait -30 C la nuit. Si cette couverture devient trop épaisse (trop de production de CO 2, trop de pollution), alors on va mourir de chaud dans les années à venir (réchauffement de la planète annoncé par toutatis). Les romains avaient donc raison. B/ Bilan de la combustion du carbone Complète le bilan de la transformation chimique du carbone dans le dioxygène : Au début (ce qu on fait réagir) Du carbone (charbon) : C est le combustible Du dioxygène : C est le comburant. Le carbone et le dioxygène (apparaissent / disparaissent) au cours de la combustion : Ce sont les réactifs A la fin (ce qui est apparu) Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l eau de chaux qui se trouble). Le dioxyde de carbone (apparait / disparait) au cours de la combustion : C est le produit Convention d écriture de la combustion :

4 Lecture de cette équation : Le carbone réagit avec le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone. Remarque : Il est possible qu il reste du dioxygène ou du carbone à la fin de la combustion. La combustion s arrête quand un des deux a été entièrement consommé. La combustion libère une grande quantité d énergie sous forme de chaleur, lumière et bruit (explosion) Exercice: Sachant que la combustion du dihydrogène conduit à la formation d eau, écris le bilan de cette transformation chimique : Dihydrogène + Dioxygène Eau La fumée est un ensemble de petites particules solides de cendres. Ce n est pas un gaz. Pour bien la voir, on peut bruler du papier devant la lumière d un vidéoprojecteur : Les petites particules de cendres réfléchissent la lumière. 3/ La combustion du butane Le charbon ou le carbone n est pas la seule matière qui peut brûler. Envisageons le cas d un gaz que vous connaissez : le butane des bouteilles de gazinières. Objectifs : Définir les réactifs de la combustion du butane Trouver les produits de la combustion du butane par expérience. Analyser les combustions complètes et incomplètes 1/ Détermination des produits de la combustion du butane Expérience 1 : détermination d un produit de la combustion Allume le briquet et place la flamme sous un verre. Qu est ce qui apparait sur les parois du verre? De la buée apparait sur les parois Avec quel produit chimique vu en 5 ème pourrais-tu savoir que c est de l eau? On pourrait utiliser du sulfate de cuivre anhydre. Il bleuirait Expérience 2 : détermination d un 2 ème produit de la combustion Allume le briquet et place la flamme sous le bécher légèrement incliné pendant 5 à 10 secondes. Retourne le bécher et ferme-le avec le couvercle Verse de l eau de chaux à l intérieur et observe Complète le schéma ci-contre. Que se passe-t-il lors de l ajout d eau de chaux? Qu en déduis-tu? L eau de chaux se trouble. Du dioxyde de carbon est produit lors de cette combustion du butane.

5 Conclusion : Lors de la combustion du butane, il se forme : du dioxyde de carbone de l eau Ecriture de la transformation chimique : Ce sont les produits de la combustion 2/ Combustion complète et incomplète du butane Le butane ne brûle pas toujours de la même façon : Lorsque le butane brûle normalement, on dit qu il y a combustion complète et lorsque le butane brûle anormalement, on dit qu il y a combustion incomplète. Expérience 3 : Observation avec un chalumeau Le professeur allume le chalumeau et tourne la molette qui règle le débit de butane. Fais le dessin de la flamme en sortie et indique s il s agit d une combustion complète ou incomplète : Expérience 4 : Préparation de 2 tubes à essai pour combustion complète et incomplète

6 Observations : Expérience 1 : 1 portion de butane pour 6,5 portions de dioxygène Expérience 2 : 1 portion de butane pour 1 portion de dioxygène Bruit Bruit de révolver Pas de bruit Couleur de la flamme Bleue jaune Observations éventuelles sur le tube (suie, buée ) Réactifs de la combustion Combustible Buée butane Suie, buée Butane Comburant Dioxygène Dioxygène Produits de la combustion Dioxyde de carbone + eau Dioxyde de carbone + eau + monoxyde de carbone + carbone Au début : Du butane : C est le combustible. Du dioxygène : C est le comburant. A la fin : Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l eau de chaux qui se trouble). De l eau (mis en évidence par le sulfate de cuivre anhydre) Le dioxygène et le butane disparaissent au cours de la combustion : Ce sont les réactifs. Le dioxyde de carbone et l eau apparaissent au cours de la combustion : Ce sont les produits.

7 Au début : Du butane : C est le combustible. Du dioxygène : C est le comburant. Le dioxygène et le butane disparaissent au cours de la combustion : Ce sont les réactifs. A la fin : Du dioxyde de carbone (mis en évidence par l eau de chaux qui se trouble). De l eau (mis en évidence par le sulfate de cuivre anhydre) Du carbone (trace noire) Du monoxyde de carbone (invisible) Le dioxyde de carbone, l eau le carbone et le monoxyde de carbone apparaissent au cours de la combustion : Ce sont les produits. APPLICATION : Combustions du méthane et du propane. De la même manière que la combustion du butane, on peut écrire les combustions du méthane (gaz de ville) et le propane (gaz pour les chaudières, le moteur et principal constituant du GPL pour les voitures).

8 4/ Combustions dans la vie courante. A/ Les dangers du monoxyde de carbone Douze élèves d'un collège de Niort ont été admis au centre hospitalier de Niort après avoir été intoxiqués au monoxyde de carbone lors d'une répétition musicale. Les adolescents, élèves de 6e, 5e et 4e du collège Henri-Martineau de Coulonges-sur-l'Autize, ont été admis en début de soirée au service des urgences pour des «maux de tête, malaises et vomissements», selon un responsable du service hospitalier. Six ambulances ont été dépêchées sur place. «Les premières analyses ont confirmé que douze collégiens avaient un taux de monoxyde de carbone bien supérieur à la normale», a indiqué le responsable des urgences. «Les collégiens devraient passer la nuit en observation, le temps que les taux redeviennent normaux», a-t-il précisé. Selon les premiers éléments de l enquête, il semblerait que ce soit la chaudière à gaz défectueuse du collège qui a produit ce monoxyde de carbone. Article de journal : Le parisien, 29 mars 2012 Chaque année, les journaux relatent des accidents dus à des systèmes de chauffage défaillants ou aux bâtiments mal aérés. Selon le Ministère, en France, il y a chaque année 5000 personnes intoxications : 1000 sont emmenés aux urgences et 100 meurent. Dans les chaudières défaillantes, la combustion (du fioul ou gaz) est incomplète et produit non seulement du dioxyde de carbone et de l eau (comme dans le cas d une combustion complète), mais aussi du carbone et du dioxyde de carbone. Le monoxyde de carbone est un «gaz sournois» : il est inodore, incolore et non irritant, mais il est pourtant très toxique car il asphyxie ses proies. Lors de la respiration, le sang transporte en effet le dioxygène des poumons jusqu aux cellules de l organisme par l intermédiaire d une molécule, l hémoglobine. Or le monoxyde de carbone se fixe 230 fois plus vite et plus facilement sur l hémoglobine que le dioxygène. Le sang apporte alors aux cellules du monoxyde de carbone et non du dioxygène : c est l asphyxie. Le seul remède à l intoxication est alors de respirer du dioxygène à très fortes doses grâce à des masques ou en plaçant le patient dans un caisson rempli de dioxygène en surpression. Enfin, pour faire face à ce genre d accidents, il suffit de faire vérifier régulièrement les systèmes de chauffage et de ne jamais obstruer les bouches d aération des habitations. Doc issu de la direction générale de la santé. % de monoxyde de carbone dans l air 0,02 % 0,1 % 0,15 % Conséquences sur la santé Maux de tête vertiges, fatigue, nausées, troubles visuels Mêmes troubles + gros problèmes musculaires et somnolence Tue en 1 heure Perte de conscience 0,2 % Tue en 30 min 1 % Tue en 15 min 10 % Tue instantanément 1/ Quel constituant du sang transporte le dioxygène dans l organisme? C est l hémoglobine 2/ Pourquoi le monoxyde de carbone est-il qualifié de «sournois»? Il est inodore, incolore, invisible, non irritant mais tue. 3/ Comment éviter la formation du monoxyde de carbone? Il faut nettoyer et faire vérifier les chaudières à fioul, à gaz, installer des détecteurs de CO. 4/ A partir de quel pourcentage de monoxyde de carbone dans l air peut-on encourir un risque mortel rapide (1h)? A partir de 0,1 % de monoxyde de carbone dans l air, on peut mourir en 1h 5/ Explique en une phrase pourquoi le monoxyde de carbone est dangereux pour la santé? Le monoxyde de carbone prend la place du dioxygène dans le sang et entraine l asphyxie. 6/ Combien de personnes meurent chaque année d une intoxication au monoxyde de carbone? Environ 100 personnes meurent d une intoxication au monoxyde de carbone. 7/ Si une personne est intoxiquée au monoxyde de carbone, que faut-il faire pour la sauver? Il faut tout de suite aérer la pièce, appeler le SAMu et les pompiers, la ventiler, lui donner du dioxygène si vous en avez.

9 B/ La combustion des cigarettes 1/ Combien la cigarette contient-elle de substances chimiques? Plus de 4000! 2/ Cite trois substances toxiques contenues dans les cigarettes : Monoxyde de carbone, pyrène, acétone, polonium 210 3/ Quelle substance chimie entraine l accoutumance? C est la nicotine. 4/ Quels sont les risques de maladie encourus par le tabagisme? Cancer du poumon, de la langue, des sinus, maladies des bronches, jaunisse, risques cardiovasculaire 5/ En admettant qu une personne : fume en moyenne 10 cigarettes/ jour Qu un paquet de cigarettes contient 20 cigarettes et coûte en moyenne 7 euros. Quel montant en euros aura-t-il économisé au bout de 10 ans? Il dépense 3,50 euros par jour soit 3650 x 3,50 = euros en dix ans. L équivalent d une voiture! C/ La combustion des bougies Chandelles, cierges et bougies Les chandelles de suif, graisse animale fondue, étaient le moyen traditionnel d éclairage des pauvres. Elles sentaient fort, fumaient beaucoup et donnaient une faible lumière. On utilisait aussi par tradition la cire d abeille pour les cierges, donnant une bonne odeur et une belle lumière. Aujourd hui, on utilise la paraffine, extraite du pétrole, mélangée à la stéarine, corps gras d origine animale ou végétale. Autrefois, la mèche faite en fil de coton bouilli devait être «mouchée» constamment. C est maintenant une tresse plate de coton dont le haut s incline en brûlant et retombe dans la partie chaude de la flamme pour se consumer. Complète le texte ci-dessous : La bougie est faite en paraffine qui est à l état solide. Au milieu de la bougie se trouve une mèche faite en coton tressé qui s imbibe de paraffine en retombant.

10 1/ Que se passe-t-il lorsque la bougie «brûle»? Allume la bougie et observe la flamme. Tu vois une partie sombre et une partie jaune. Expérience 1 : Mets une spatule (ou une cuillère) dans la partie sombre sans que la flamme jaune n apparaisse, pendant 30 secondes. Puis plonge la cuillère dans l eau froide. Fais un schéma de tes observations. A ton avis, de quoi est constitué la partie sombre de la flamme? La cuillère se recouvre d une pellicule blanchâtre qui est de la paraffine solide. La partie sombre est donc constituée de paraffine. Expérience 2 : Mets maintenant la spatule dans la flamme jaune pendant 10 secondes. Que se passe-t-il? Fais un schéma de tes observations. A ton avis, de quoi est constitué la partie sombre de la flamme? La cuillère se recouvre d une pellicule noirâtre qui est de la suie ou carbone. C est donc du carbone issu de la combustion de la paraffine. 2/ Est-ce qu il se forme de nouveaux produits lorsque la bougie «brûle»? Expérience 3 : Mets DELICATEMENT la bougie chauffe-plat dans la bassine contenant un peu d eau. Recouvre maintenant la bougie d un bocal assez fin et haut. Que se passe-t-il? Quelles conclusions fais-tu? La bougie s éteint-elle? Pourquoi? Fais un schéma de l expérience. La bougie flotte et monte dans le bocal. Au bout de quelques secondes, lorsqu elle ne monte plus, elle s éteint. La bougie consomme la totalité du dioxygène contenu dans le récipient. Cette consommation de gaz entraine une aspiration (il y a moins de gaz dans le bocal) jusqu à ce qu il n y ait plus de dioxygène : dans ce cas, la bougie s éteint et s arrête de monter. Expérience 4 : Retire la bougie de la bassine. Mets-la sous un pot en verre. La bougie s éteint au bout de quelques instants. Ferme le pot avec un couvercle : a/ Que peux-tu observer sur les parois du pot en verre? On peut observer de l eau. (test au sulfate de cuivre anhydre si nécessaire) Verse un peu d eau de chaux dans le pot. b/ Que se passe-t-il? L eau de chaux se trouble : du dioxyde de carbone a été consommé. Conclusion : 1 / On observe en premier lieu des changements d état de la paraffine. Quand on allume la mèche, la chaleur dégagée va faire fondre la paraffine qui passe de l état solide à l état liquide : c est la fusion de la paraffine. La paraffine liquide monte dans la mèche. Au contact de la chaleur produite par la mèche qui brûle, la paraffine se vaporise (passage de l état liquide à l état gazeux). 2/ Il y a ensuite combustion de la paraffine. Au contact de l air, la paraffine gazeuse réagit avec le dioxygène contenu dans l air. Il y a alors combustion de la paraffine gazeuse. Lors de cette combustion, il se forme un gaz qui trouble l eau de chaux : le dioxyde de carbone. et un solide en poudre noir qui donne la couleur jaune à la flamme : le carbone.

11 La combustion de la bougie est une transformation chimique au cours de laquelle des espèces disparaissent (on les appelle les réactifs) : dioxygène et paraffine et d autres substances apparaissent (on les appelle les produits) : dioxyde de carbone, carbone et aussi de l eau comme dans la combustion du butane.

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