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Combustion d?un carburant

Posté par
claker
20-10-19 à 13:13

***Bonjour***

Exercice 1 : Combustion d?un carburant

Un des constituants principaux de l?essence est l?heptane, alcane de formule brute C7H16.
Un réservoir de voiture contient 47 L d?essence que l?on assimilera à l?heptane pur. On admettra que la carburation est parfaite c?est-à-dire que l?essence est intégralement brûlée dans le dioxygène, et qu?il se forme exclusivement du dioxyde de carbone et de la vapeur d?eau.
Ecrire les résultats avec 3 chiffres significatifs.

1. Écrire l?équation chimique modélisant la réaction.

2. Quelle est la quantité de matière d?heptane utilisée lors de la combustion de la moitié du réservoir ?

3. À l?aide d?un tableau d?avancement, quel est le volume de dioxygène nécessaire à la combustion de la moitié du réservoir ?

4. Quel est le volume de dioxygène nécessaire à la combustion de la totalité du réservoir ?

5. Quel est alors le volume de dioxyde de carbone (pour la totalité) ?

Données :
Volume molaire (exclusivement pour les gaz) dans les conditions de l'expérience : 25 L.mol-1. Masse molaire de l?heptane C7H16 : 100 g.mol. -1
Masse volumique de l?heptane p = 0,684 kg.L.

Bonjour, je n?arrive pas à terminer ce sujet à partir de la question 3) pourriez-vous m?aider s?il vous plaît ? Merci

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 14:17

Bonjour,

Merci de publier (avec les justifications pour la question 2) ce que tu as obtenu aux deux premières questions.

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 14:26

Pour la 1) :
Équation chimique : C7H16(aq) + 11 O2 -> 7CO2 + 8H2O.

Pour la 2) :
Moitié du réservoir : 47/2 = 23,5L
23,5L <=> 2,35*10^(5)g
n = m/M
    = 2,35*10^(5)/100
    = 2,35*10^(3) mol

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 14:32

Pardon pour la 2) c'est :
n = m/M  
    = 2,35*10^(4)/100
    = 2,35*10^(2) mol

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 15:00

Question 1 :
C'est OK sauf pour le (aq) qui accompagne C7H16 et qui n'a aucune raison d'être ici.

Question 2 :
Contrairement à ce que tu écris 23,5L d'heptane n'ont pas une masse de 2,35.104 g.
Tu raisonnes comme si l'heptane était de l'eau (de masse volumique 1000g/L)

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 15:13

Mince ! Merci de me l'avoir corrigé mais du coup je ne sais plus trop comment faire pour convertir les 23,5 L d'heptane en g!

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 15:23

Pour passer du volume à la masse ( ou inversement ) on utilise la masse volumique.
Celle de l'heptane figure dans l'énoncé, mais elle est entachée d'une énorme erreur que je rectifie ci dessous :
(heptane) = 0,684 kg/L et pas 0,684 kg.L

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 15:52

Merci !
Je trouve donc :
m = p*V
= 0,684*23,5
= 16,074 kg
= 1,6074*10^(4) g

n = m/M
= 1,6074*10^(4)/100
= 160,74 mol

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 16:41

Oui, c'est exact.
Les données ayant servi à obtenir ce résultat sont exprimées avec 3 chiffres significatifs.
On rendra donc comme résultat n(Heptane) = 161mol ( mais pour les questions suivantes on continuera à utiliser 160,74 mol )

Pour la question 3 il faut tout d'abord écrire l'équation-bilan de la combustion de l'heptane et dresser ensuite un tableau d'avancement.

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 16:54

D'accord merci !
Mais je me retrouve encore bloquée pour  quelques endroits du tableau. Je ne sais pas comment vous faire parvenir le tableau car je n'arrive pas à le recopier directement ici.

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 17:01

Quelle est ton équation de réaction ?
Tu peux envoyer ton tableau sous forme d'image scannée ou photographiée.

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 17:19

Voilà le tableau mais je n'ai pas encore trouvé la deuxième partie de la réponse (volume du dioxygène nécessaire à la combustion de la moitié du réservoir).

Combustion d’un carburant

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 17:48

Le volume de dioxygène nécessaire correspond à la quantité de ce gaz qui a été consommée ( soit 11 xmax)
Quand tu auras trouvé la valeur de xmax tu connaitras la quantité de dioxygène consommée (11xmax) et tu pourras en déduire la valeur du volume cherché.

Ci dessous " N " représente une très grande quantité de dioxygène présente dans l'air.
N est inconnu, mais c'est sans importance car on ne s'intéresse qu'à sa diminution (égale à 11xmax)

Combustion d’un carburant

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 18:06

Alors j'ai trouvé :
x max = 161/11 = 14,63 mol
Pour la quantité de matière du dioxygène.

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 18:22

En effet xmax = 14,63 mol
Le tableau montre que la quantité de dioxygène consommée est égale à 11xmax
n(O2) consommé = 11 * 14,63 = 161 mol
Il ne reste plus qu'à en déduire le volume de ce dioxygène consommé.

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 18:31

Donc V = n*Vm = 14,63*25 = 365,75L de dioxygène.
Pour la totalité du réservoir on a :
365,75*2 = 731,5L

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 18:36

Oui, c'est exact.
Et je suppose que tu n'auras pas de difficulté pour trouver le volume de dioxyde de carbone produit.

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 18:53

Volume du dioxyde carbone :
V = n*Vm = ((7*14,63)*25)*2 = 5120,5 L

Posté par
odbugt1
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 19:06

Oui, c'est exact.
Le calcul mené avec n(heptane) = 160,74 mol (au lieu de 161mol) conduit à 5114L (au lieu de 5120L)
Le résultat rendu avec 3 chiffres significatifs sera donc :
V(CO2) = 5,11.103L

Posté par
claker
re : Combustion d’un carburant 20-10-19 à 19:08

Merci infiniment pour tout !
Bonne soirée !

Posté par
Totem
re : Combustion d?un carburant 30-01-20 à 20:10

Donc V = n*Vm = 14,63*25 = 365,75L de dioxygène.
Pour la totalité du réservoir on a :
365,75*2 = 731,5L

ne devrait-on pas plutôt faire
161 * 25 ? puisque la quantité de matière d'O2 est de 161 (N= 161)

Si je suis dans l'erreur pouvez vous m'expliquer cette étape ?

Merci

Posté par
odbugt1
re : Combustion d?un carburant 30-01-20 à 21:48

Bonsoir,
Il y a en effet des erreurs de calcul qui m'ont échappé et que je tente de corriger ici :

Volume du réservoir : 47L
Volume du carburant  : 47 / 2 = 23,5L
Masse de ce carburant dans  : 23,5 * 0,684 = 16,074 kg = 16074g
Quantité de matière de carburant : 16074 / 100 =160,74 mol
Quantité de matière de dioxygène nécessaire : 160,74 * 11 = 1768,14 mol
Volume de ce dioxygène : 1768,14 * 25 = 44203,5L
Volume de dioxygène pour un réservoir rempli : 44203 * 2 = 88407L
Volume de dioxyde de carbone rejeté : 88406 * (7/11) = 56259L

Merci d'avoir attiré l'attention sur ces regrettables erreurs.

Posté par
Totem
re : Combustion d?un carburant 30-01-20 à 22:03

merci beaucoup pur la réponse car je ne comprenais plus du coup. Donc x = 160,74

Posté par
odbugt1
re : Combustion d?un carburant 30-01-20 à 22:41

Le carburant est le réactif limitant.
Dans la cellule C7H16 du tableau d'avancement à l'état final (post du 20-10-19 à 17:48) une regrettable erreur probablement due à un copier-coller mal maitrisé fait apparaître (en rouge)  161 - 11xmax = 0 alors qu'il faut ici 161-xmax = 0 donc
xmax = 160,74 mol 161 mol

L'énoncé demandait un tableau d'avancement, mais on peut facilement s'en passer ici.



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