Exercice 1 : Quelle est la classe énergétique de Guy Lagagne?
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- Didier Laporte
- il y a 8 ans
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1 Turbo est un escargot qui n a qu un seul rêve en tête : être incroyablement rapide! Son obsession pour la vitesse l a rendu quelque peu impopulaire chez les siens, où lenteur et prudence sont de rigueur. Il s embarque dans une aventure extraordinaire pour accomplir son invraisemblable destinée : courir contre le plus grand champion de course automobile, Guy La Gagne. Avec l aide d une équipe d escargots aussi rusés que stylés, l ultime outsider Turbo mettra tout son cœur et sa coquille, pour prouver qu aucun rêve n est trop grand, aucun rêveur n est trop petit. Exercice 1 : Quelle est la classe énergétique de Guy Lagagne? Guy Lagagne roule en formule 1, une voiture à essence, consommant en moyenne 10,8 L d essence pour 100 km. Turbo souhaite évaluer l impact écologique de son concurrent en calculant ses émissions de CO 2. Document 1 Type de véhicule Calcul de la masse en kg de CO 2 produit aux 100 km Essence consommation (en litre) au 100km 2,37 Diesel consommation (en litre) au 100km 2,65 GPL consommation (en litre) au 100km 1,60 Document 2 : Exemple d étiquette énergétique Document 3 «L essence est un mélange complexe d hydrocarbures. On peut considérer qu il est équivalent à de l isooctane pur de formule brute C 8 H 18. La masse volumique de l essence est de 0,740 kg.l -1. Dans un moteur, la combustion de l essence avec le dioxygène de l air produit essentiellement de la vapeur d eau et du dioxyde de carbone». Données : masses molaires atomiques M(C)=12,0 g.mol -1 ; M(H)=1,0 g.mol -1 En cherchant sur internet, il découvre qu on peut obtenir une estimation approximative des émissions de son véhicule selon sa «carburation» (voir document 1). 1. Déterminer la masse de CO 2 rejetée par la formule 1 pour 100 km parcourus à l aide de la formule. N aimant pas les formules toutes faites, Turbo cherche à retrouver ce résultat en utilisant tes connaissances en chimie acquises cette année en 1 e S : 2. Après avoir écrit l équation de la réaction de combustion de l isooctane dans le moteur, déterminer la quantité de matière d isooctane consommé pour un parcours de 100 km et en déduire la quantité de matière de dioxyde de carbone formé pour un parcours de 100 km. 3. Comparer le résultat obtenu avec celui calculé par Ia formule trouvée sur internet. 4. Compléter l étiquette énergétique.
2 Consommation de carburant : L / 100 km Exercice 2 : Oh Brasil! Le Brésil est un grand producteur de canne à sucre dont on peut extraire l'éthanol (C 2 H 6 O). Au GP du Brésil, certaines voitures y roulent à l'éthanol pur. Données masse du véhicule : 900kg ; masse volumique de l'éthanol : 0,80 kg.l-1 Capacité thermique massique de l aluminium : c(al)= 920 J.kg-1. C -1 ; Capacité thermique massique de l eau liquide : c(eau)= 4186 J.kg -1. C -1 masses molaires et n atomiques : M(H) = 1 g.mol-1; M(C) = 12 g.mol-1; M(O) = 16 g.mol-1 ; H(Z =1) ; C(Z=6) ; O(Z=8) Document 1 : Voici un document extrait d un document «la filière bioéthanol», agence ANFA. Bilan «du puits à la roue» : mesures des gaz rejetés de la production du carburant jusqu à sa consommation. Remarque : Le bioéthanol est noté E85 dans le tableau. 1. Donner la représentation de Lewis et la représentation topologique de l'éthanol 2. Ecrire l'équation bilan de la combustion complète de l'éthanol dans le dioxygène. 3. Pourquoi ce type de réaction (la combustion des composés organiques) est-il responsable en partie du réchauffement climatique? 4. Une voiture roulant au bioéthanol rejette-elle moins de gaz à effet de serre qu une voiture à essence?
3 On cherche à déterminer de l'énergie dégagée par la combustion de l'éthanol. Pour cela, on réalise la combustion d éthanol à l aide d une ampoule à alcool. On place au dessus de l ampoule 3,0 L d eau dans un récipient en aluminium. 5. Déterminer Er l'énergie dégagée par la combustion d'un kilogramme d'éthanol à partir des données de l'expérience en supposant que le rendement de la transformation est de 100%. Données : Er : Energie massique de réaction de combustion de l'éthanol en J/kg -température initiale de l'eau et du récipient : Ti= 15 C -température finale de l'eau et du récipient : Ti= 40 C -masse de l'aluminium du récipient : m(al)= 210 g -masse de l'eau : m(eau)= 3,0 kg -masse d'éthanol brulée : 12,2g 6. Déterminer l'écart relatif de la valeur expérimentale obtenue par rapport à la valeur théorique. Energie massique de réaction de combustion de l'éthanol : Er = 29,7 MJ.kg-1 Exercice 3 : De l essence et ses composés. L essence est formée de nombreux alcanes. Donner la formule brute de l alcane suivant : Nommer les alcanes suivants : 1. CH 3 CH CH 2 CH 2 - CH CH 3 CH 3 C 2 H 5 2. CH 3 CH 2 CH - CH 3 3. CH 3 CH CH - CH 3 4. CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 5. CH 3 CH CH 2 C - CH 3 6. CH 3 CH 2 CH 2 - CH - CH CH 2 - CH 3 C 2 H 5 CH 3 C 2 H 5 CH 3 7. Ecrire la formule semi-développée des alcanes suivants : a) 2-méthylbutane b) 3-éthylhexane c) 2,3-diméthylpentane d) 3-éthyl 2,4-diméthylhexane e) 2-éthylbutane 8. Le cétane C 16 H 34 est le constituant essentiel du gazole. Sa combustion incomplète dans l oxygène de l air donne du monoxyde de carbone et de l eau. Ecrire et ajuster l équation de la combustion.
4 Correction évaluation 7 : turbo l escargot. DS 7 : Turbo l ecargot : combustion et calorimétrie. Exercice 1 : Quelle est la classe énergétique de Guy Lagagne? / 18 pts 1. La voiture est à essence donc : Extraire m(co2) = consommation (en litre) au 100km 2,37 m(co 2 )=10,8 2,37= 25,6 kg Réaliser 2. C 8 H 18 25/2O 2 8CO 2 9H 2 O réaliser soit : 2 C 8 H 18 25O 2 16CO 2 18H 2 O Masse d isooctane : m(c 8 H 18 )=ρ essence V essence, l essence étant assimilée à de l isooctane pur m(c 8 H 18 )==0,740 10,8= 8,00 kg Quantité de matière d isooctane : M(C 8 H 18 )=8 12,018 1,0=114 g.mol -1 n(c 8 H 18 )=m(c 8 H 18 )/ M(C 8 H 18 ) =8, /114=70,1 mol D après l équation de la réaction, le dioxygène étant en excès: n(co 2 )=8 n(c 8 H 18 )=561 mol m(co 2 )=n(co 2 ) M(CO 2 ) =561 44,0=2, g ou 24,7 kg 3. Ecart relatif : (24,7-25,6)/24,7= 3,6 % < 5 % donc les résultats sont tout à fait cohérents. Extraire Réaliser Réaliser Réaliser 4. 10,8 247 F Exercice 2 : Oh Brasil! / 13 pts C 2 H 6 O(g) 3O 2 (g) 2 CO 2 (g) 3 H 2 O(g) 3. On constate que la combustion rejette beaucoup de CO2, gaz à effet de serre. 4. Une voiture roulant à l éthanol rejette moins de CO2 (140 au lieu de 160 g/km). De plus, si on considère le cycle global (du puits à la roue), ce différentiel est encore plus important (115 contre184). 5. On cherche à déterminer de l'énergie dégagée par la combustion de l'éthanol Soit Q l'énergie thermique reçue par le récipient et l'eau Q = Qcanette Qeau = mal.cal(tf Ti) meau.ceau.(tf Ti) Q = ( ).(40-15)= 320 kj Pour 12,2g (soit 0,0122kg) d'éthanol nous obtenons 320 kj donc pour 1kg nous
5 obtenons 320/0,0122 = kj = 26,2 MJ Soit Er = 26,2 MJ/kg ou 2, J/kg 6. L écart relatif de la valeur expérimentale obtenue par rapport à la valeur théorique. % = (29,7-26,2)/29,7 = 0,12 soit 12% Exercice 3 : De l essence et ses composés. / 13 pts 1. CH 3 CH CH 2 CH 2 - CH CH 3 CH 3 C 2 H 5 formule brute : C 9 H 20 Nommer les alcanes suivants : 2,2,4 4-éthyl 3-méthylheptane Ecrire la formule semi-développée des alcanes suivants : 8. Le cétane : 2 C 16 H O 2 32 CO 34 H 2 O
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