LC02: Energie chimique
Bibliographie
- Le livre Scolaire 1ère
- Belin terminale
Niveau
Lycée
Prérequis
- Réaction exothermique/endothermique
- Réactions d’oxydo-réduction
- Liaison covalente
- Les piles
Introduction
On peut parler de la production d’énergie mondiale d’énergie (entre autre due au centrale à charbon et donc à la combustion). Une autre manière que l’on a d’avoir de l’énergie c’est les piles.
I. Conversion de l’énergie chimique en énergie thermique
1) Réaction de combustion
Qu’est-ce que c’est qu’une réaction de combustion complète ? C’est une réaction d’oxydo-réduction où il y a oxydation d’un combustible (couple CO2/Combustible) et réduction d’un comburant (couple O2/H20). Le combustible peut être par exemple un alcool ou un alcane et le comburant le plus usuel est O2.
On écrit l’équation de combustion avec un coefficient stoechiométrique de 1 devant le comburant. Ex : Ecrire la réaction de combustion de l’octane (qui est le principal composé de l’essence)
Transition : Pour démarrer la réaction de combustion, il faut fournir de l’énergie. Par exemple si on veut faire brûler une lampe à éthanol, il va falloir l’allumer avec une alumette. Et l’alumette il faut l’allumer avec un apport d’énergie mécanique. Comment quantifier tous ses transferts d’énergie ?
2) Transfert d’énergie
A quoi ça sert une réaction de combustion ? Elles sont utilisées pour le chauffage(chauffage au gaz ou poele), la cuisson des aliments (gazinière), ou le transport (essence dans le moteur des voitures), ou pour la production d’électricité (centrales thermiques à charbon).
En effet on utilise l’énergie libérée lors de la réaction de combustion qui est exothermique.
L’énergie chimique que l’on va pouvoir libérer est l’énergie qui est stockée dans ce composé en raison des liaisons chimiques qui le constituent. La formation de liaisons covalentes d’une molécule libère de l’énergie. Cette énergie Ef est appelée énergie de formation et dépend de la nature des liaisons formées.
A l’inverse, la rupture de liaison covalente demande de l’énergie. Cette énergie Ed est appelée : énergie de dissociation et dépend de la nature des liaisons rompues.
Lors d’une réaction de combustion, il va y avoir rupture de liaison suivie de la formation de nouvelles liaisons.
L’énergie molaire d’une réaction chimique est donc la différence entre l’énergie de dissociation des réactifs et l’énergie de formation des produits : Er=Ed-Ef.
L’énergie libérée lors de cette réaction est proportionnelle à la quantité de matière de combustible brûlée : E=nEr. Diapo : Diagramme énergétique Livre scolaire p.195
3) Utilisation de l’énergie de réaction
On applique le premier principe :
L’énergie de la réaction de combustion est : Q=nEr<0, car on libère de l’énergie à l’environnement.
On définit le pouvoir calorifique : c’est l’énergie libérée par la combustion d’un kg de combustible. Plus le PC est grand plus la quantité de combustible nécessaire est faible.
Ex : On peut faire le calcul pour le propane livre scolaire p.195
Manip : Bombe calorimétrique, on peut alors arriver au pouvoir calorifique de l’éthanol. Q(libérée par la réaction)=Q(reçue par calo)+Q(reçue par eau)
Q(eau)=meauCeauΔT ; Q(calo)=mcaloCcaloΔT
Transition : On a parler en introduction qu’une autre manière de produire de l’énergie c’était les piles. On a déjà vu celles-ci lors d’un cours précédent. Et on a vu que là aussi on avait une réaction d’oxido-réduction (donc une énergie chimique) qui était convertie en énergie électrique (on est capable d’allumer une LED).
Manip : La double pile Daniell qui allume une LED.
II. Conversion d’énergie chimique en énergie électrique
1) Piles Daniell
On rappelle de quoi est constituée une pile : de deux demi-piles l’une siège de l’oxydation (anode) l’autre siège de la réduction (cathode).
On a également vu que la pile c’est une évolution spontanée d’un système chimique. Le quotient de réaction évolue jusqu’à atteindre la constante d’équilibre. Alors elle atteitn l’état d’équilibre et la pile est déchargée, elle est usée.
Quelle est la quantité d’électricité transférée par la pile ? [p.164, Belin]
On regarde ensuite la quantité d’électricité maximale que peut faire circuler la pile jusqu’à ce qye ka pile soit à l’équilibre, c’est la capacité électrique de la pile. On peut faire le calcul pour la pile Daniell.