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Exercices sur les alcanes

 

Exercice n°1 :

1. Quels sont les alcanes, parmi ceux cités dans le tableau de données, qui sont gazeux à la température ordinaire et sous la pression atmosphérique ?

2. Dans les briquets, on utilise souvent du butane à l'état liquide sous pression. Si on utilisait du propane, la pression serait-elle plus grande, plus petite ou égale à celle du butane ?

correction:  1.ceux dont la température d'ébullition est inférieure à la température ordinaire (20 °C).Il s'agit du méthane (ébullition à - 162 °C), de l'éthane (-88,7 °C), du propane (-42 °C) et du butane (-0,5 °C). A partir du pentane (+ 36 °C), les alcanes sont liquides à la température ambiante ou solide si leur masse molaire est plus élevée.

2.le tableau montre, grâce aux températures d'ébullition, que le propane est plus volatil que le butane. Il faut donc une pression plus grande pour maintenir le propane à l'état liquide ce que confirme le second tableau.

 

Exercice n°2 :

Les bouteilles de butane et de propane contiennent toutes les deux 13 kg de gaz liquéfié. Elles sont vendues au même prix. Les partisans du butane disent que celui-ci est plus économique car l'énergie libérée par mole est plus grande. Ceux du propane disent que c'est erroné et que le coût de revient du chauffage par le propane ou le butane est pratiquement le même.

En vous aidant du tableau de données, indiquer quels sont ceux qui ont raison et pourquoi.

correction: il faut regader la ligne énergie libérée par 1 kg.C'est le propane le plus économique car les bouteilles contiennent la même masse, elles ont le même prix et un kg de propane libère plus (50 400 kJ) qu'un kg de butane (49 700 kJ).

remarque: une bouteille de 13 kg de butane libère 13 x 49 700 = 646 100 kJ. Rappelons les conversions :

1 W.h = 3 600 J   et 1 kW.h = 3 600 000 J. Cette bouteille libère:

Exercice n°3 :

1. Le composant essentiel du gaz de Lacq a pour formule moléculaire brute CH4. Quel est son nom ? Ecrire l'équation-bilan de sa combustion complète.

2. Dans une cuisine où l'on se sert d'une cuisinière à gaz, il est interdit d'obstruer les aérations normalement prévues? Donner au moins une raison de cette interdiction.

correction:      1.le gaz de Lacq est du méthane. L'équation-bilan sde sa combustion complète est:

2. Il se forme du dioxyde de carbone qui est un gaz toxique, incolore et inodore. La vapeur d'eau formée se transfrome en buée (liquéfaction) sur les vitres d'où une humidité rémanente. Des traces de monoxyde de carbone CO apparaissent aussi mais ce gaz ne figure pas dans l'équation-bilan; il est incolore, inodore, beaucoup plus toxique que le dioxyde de carbone CO2 et même mortel à faible teneur (il se fixe à la place du dioxygène sur l'hémoglobine et il asphyxie).Il est donc interdit d'obstruer les ouvertures.

 

Exercice n°4 :

Un chalumeau portatif fonctionne avec des cartouches de butane contenant chacune 190 g de gaz liquéfié.

1. En vous aidant du tableau de données, calculer l'énergie libérée par la combustion complète du contenu d'une cartouche.

2. Un chalumeau consommant la même masse de méthane produirait-il moins, autant, ou davantage d'énergie que le chalumeau ci-dessus ? Pourquoi ?

 correction:   

1.        0,19 kg de butane libère une énergie Q =  0,19 x 49 700 c'est à dire   Q = 9943 kJ ou 9,943 MJ.

2.        0,19 kg de méthane du chalumeau libère Q' = 0,19x55 600, soi Q' = 10 564 kJ soit plus de chaleur.

Exercice n°5 :

Le dioxyde de carbone est un des gaz responsables de « l'effet de serre ». Le fonctionnement des moteurs d'automobiles est l'une des causes importantes de rejet de CO2 dans l'atmosphère. On peut considérer que l'essence est constituée principalement par de l'octane, de formule brute C8H18.

1. Un réservoir d'automobile contient 40 L d'essence, soit une masse de 27 kg environ d'octane. Quelle est la quantité de matière (en mol) d'octane correspondant à un plein d'essence ? (Rechercher les données nécessaires dans le tableau de données).

2. La combustion de l'octane, dans un moteur bien réglé, correspond à la réaction dont l'équation-bilan est donnée ci-après :                    

               

Sachant qu'une mole de dioxyde de carbone correspond à 25 L de ce gaz, dans les conditions ordinaires de température et de pression, calculer le volume de CO2 rejeté dans l'atmosphère par la combustion de la totalité de l'essence contenue dans le réservoir.

correction:   1. la masse molaire de l'octane est M = 8 x 12 + 18 x 1 = 114 g.mol-1. 27 kg de cet alcane représentent donc une quantité de matière:

2.    L'équation chimique indique qu'une mole d'octane produit 8 moles de dioxyde de carbone. Le réservoir de l'automobile rejète 237 x 8 = 1 895 moles de CO2 soit un volume V = 1 895 x 25 = 47 375 L de ce gaz ou encore 47,4 m3.

 Exercice n°6

La combustion complète d'une mole de méthane fournit 890 kJ.

Déterminer le pouvoir calorifique du méthane en kJ.m-3

Donnée : Dans les conditions d'utilisation, le volume occupé par une mole de ce gaz est de 25 L.

correction:   une mole de méthane a un volume de 25 L dans les conditions précitées. Dans un mètre-cube (1 000 L), il y a 1000/25 = 40 moles de méthane qui produisent 890 x 40 kJ soit 35 600 kJ. Le pouvoir calorifique du méthane est donc      35 600 kJ.m-3,

Tableau de données:

nom

méthane

éthane

 propane

 butane

pentane

octane

octodécane

hexapentane

formule brute

CH4 

 C2H6   

  C3H8  

C4H10 

  C5H12

      C8H18  

   C18H38 

C60H122

température de fusion (°C)    

  -182

-183  

-188    

 -138      

-130

  -56,8 

 28    

99

   température d'ébullition (°C)     P = 101325 Pa  

-162

-88,7

-42

-0,5  

  36  

125,6 

308   

?

    masse molaire     (g.mol-1) 

 16  

30

44

58

72

114   

254 

842

énergie libérée par la combustion d'une mole (kJ.mol-1

890   

1 560 

2 220  

2 880 

3 540   

5 512 

12 120 

39 840

énergie libérée par la combustion d'un kilogramme (kJ.kg-1)     

55 600

52 000

50 400

49 700 

49 100 

48 350  

47 700   

39 840

 

Dans les récipients du commerce, le butane et le propane sont des gaz liquéfiés. Ils se transforment en gaz (vaporisation) au fur et à mesure des soutirages. La pression qui règne dans les récipients dépend uniquement de la température du liquide

température du récipient

 

             0    

  15

30

 50

pression (bar)   

butane  

 1

1,8 

 2,7  

  3,5   

 5,5

propane  

  5  

   6,2     

  8,5  

 11   

  17

 

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