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Combustion du butane
Bonjour, je suis en classe de 1ere S et l'autre jour j'ai eu cet exercice dans un DS qui sois disant portait sur les notions de 2nd.
Le professeur n'a pas pris le temps de nous corriger cet exercice et j'aimerai comprendre comment le résoudre.
Lorsqu'une gazinière est bien réglée, la combustion du butane, dans le dioxygène de l'air, produit du dioxyde de carbone et de l'eau ; tout deux à l'état gazeux. L'équation chimique associée à cette transformation est :
2C(4)H(10) + 13O(2) ===> 8CO(2) + 10H(2)0
Une gazinière placée dans une cuisine calfeutrée, considérée comme cubique de 3 mètres de côté. La pression atmosphérique P y est normale et la température ambiante d'environ[/bleu]20°[/bleu]. La bouteille de gaz doit être changée et il ne reste que 50 grammes de butane.
Une personne souhaite cuire un bœuf bourguignon ce qui nécessite une cuisson d'une heure à feu doux soit un débit de gaz De de 0,7 L/min
1. Exprimer la quantité de matière initiale de dioxygène ni(O2) de la cuisine en fonction du volume d'air V(air) de la pièce. En donner l'application numérique.
J'ai alors fait 3x3x3 ce qui me donne 27m3=27 000 L
ni(O2)= V/Vm avec V=27 000 L et Vm = 22,4 L.mol-1
ni(o2)= 1.21x10*3 mol
2.calculer la quantité de matière initiale de butane ni(butane) présente dans notre bouteille de butane.
ni(butane)= V/Vm avec V=50g=50mL=50x10*(-3) L et Vm= 22,4 L.mol-1
ni(butane)= 2.23x10*(-3) mol
3.déterminer l'évolution des quantités de chaque espèce chimique du système.
J'ai obtenu comme coefficient stoechiométriques d'ordre respectifs pour Xmax : 2 , 13 , 8 , 10
4.(c'est là que je n'y comprends plus rien). Exprimer de manière littérale les quantités de matières des réactifs et des produits en fonction de l'avancement maximal Xmax, de la température, de la pression et des quantités de matière initiale des réactifs.
5. Déterminer le réactif limitant à l'aide de ces expressions et exprimer Xmax en fonction des données de l'énoncé. En donner une application numérique.
6. Pendant combien de temps, le bœuf bourguignon va -t-il cuire?
Bonjour,
Commençons par rectifier tes erreurs :
1) Le volume d'air de la pièce est bien (d'environ) 27m3
Mais le volume de dioxygène ne représente qu'une fraction du volume de l'air.
2) Tu as utilisé un volume molaire de 22,4L/mol
Mais cette valeur est valide pour la pression "normale" et une température de 0°C
L'énoncé précise que la pression est "normale" mais que la température est de 20°
Il faut donc corriger le volume molaire des gaz pour ces conditions là.
3) L'énoncé donne la masse de butane (50g) que tu as déclaré avoir un volume de 50mL
Mais ce qui est vrai pour l'eau ( 1g d'eau a environ un volume de 1mL) ne l'est pas pour le butane.
Pour calculer la quantité de matière de butane, il faut passer par sa masse (50g) et par sa masse molaire ( à calculer)
Oui,
V=nRT / P
Le volume molaire des gaz est le volume occupé par 1 mole de gaz ( n=1)
Vmol = RT /P
Dans les conditions normales :
P = 1,013.105 Pa
T = 273 K
R = 8,31 J/mol/K
Vmol = 8,31 * 273 / 1,013.105 = 0,0224 m³ = 22,4L/mol
Il te faut faire un calcul semblable pour les conditions de cet exercice.
Bon je me suis corrigé (je pense) pour ni(O2) = v/Vm avec V = 5400 (car 20% de O2 dans l'air et 0.20*27 000= 5400)
Et Vm= 24,3 L.mol-1 (seulement la température a fait varier le résultat)
Donc ni(O2) = 2.22*10(2) mol.
Vous dîtes que pour ni(butane) il faut que je calcule sa masse Molaire, seulement, il me faut au minimum 2 données pour faire cela or je n'ai que la masse de connue. Je pourrai essayer de passer par la formule n=V/Vm sauf que ce qui est vrai pour l'eau ne l'est pas pour le gaz n'est ce pas?
Sinon je peux très bien prendre la masse molaire donnée par internet sauf que je me dis bien que si mon professeur ne nous a pas mis cette donnée à disposition, c'est pour la calculer.
Dire que V = 5400 n'a aucun sens ! 
On dira plutôt V(O2) = 5400 L ce qui n'est pas du tout la même chose.
Pour le volume molaire des gaz j'ai trouvé Vm = 24,0 L/mol dans les conditions expérimentales imposées par l'énoncé.
Vmol = 8,31 * 293 / 1,013.105 = 0,0240 m³/mol = 24,0 L/mol
Ou bien Vmol = 22,4 * 293 / 273 = 24,0 L/mol
La masse molaire du butane (C4H10) se calcule très simplement à partir des masses molaires atomiques des atomes qui constituent cette molécule.
Oui c'est exact c'est 24 mol. J'ai trouvé au dessus 24.3 parce que je me souviens que notre prof nous avait dit qu'on pouvait faire directement 10*(5) Pa pour la pression normale.
Donc j'aurais dû précisé V(O2) ? Ou alors directement ni(O2) = V/Vm ? Mon calcul est il faux du coup?
Oui c'est vrai que cela paraît évident pour la masse molaire du butane... Ça ne m'a pas du tout traverser l'esprit...
Tu as des problèmes avec les unités.
C'est un problème sérieux. Il ne faut pas le négliger.
a) Le volume molaire des gaz n'est pas de 24mol comme tu l'écris mais bien de 24 L/mol
b) Le volume de dioxygène présent dans la pièce n'est pas de 5400 comme tu l'as écrit (18-09-19 à 15:21) mais de 5400 L
C'est surtout des fautes d'inattention...j 'ai un TDAH (trouble du déficit de l'attention avec hyperactivité) et c'est pareil pour V, sur mon cahier j'ai marqué 5400 L
OK
Mais tu as intérêt à faire tout de même attention.
Aux examens un résultat sans unité (s'il en faut une) ou bien avec une mauvaise unité est considéré comme faux.
J'ai fais la question 3 (via un tableau d'avancement) avec les coefficients stoechiométriques suivants d'ordre respectifs : 2 , 13 , 8 , 10
La question 5 j'ai trouvé que le réactif limitant était le butane et que Xmax =4.31*10(-1) mol
Pour la question 4 je pense y avoir répondu dans le tableau d'avancement. Mais pas en expression littérale. À moins que cela correspond à par exemple pour le butane: nf(butane) -2Xmax
Oui, le réactif limitant est bien le butane et en effet on a bien xmax = 0,431mol
Je ne sais pas trop ce qu'attend ton professeur en demandant une expression littérale.
Peut être comme tu le dis toi même (pour le butane): n(butane) = ni(butane)-2Xmax
suivi de ni(butane) = mi(butane)/M(butane)
et finalement : n(butane) = (mi(butane)/M(butane)) - 2Xmax
Je conseille vivement à tes camarades et à toi même d'aller trouver votre professeur et de lui demander un corrigé (écrit ou oral) de ce devoir en lui expliquant que celui ci vous est nécessaire pour refaire ce travail afin de progresser.
Le corrigé vous permettra de mieux comprendre ce qu'il désire.
Question 6:
En sortant de sa bouteille le butane passe par un détendeur qui le met à une pression voisine de la pression atmosphérique.
Tu peux donc à l'aide du volume molaire des gaz calculer le volume de butane utilisé et connaissant son débit répondre à cette question 6
Oui c'est ce qu'on va faire vendredi je pense. Pour la question 6 jai l'impression que c'est une question piège, la réponse serait d'une heure ? (Étant donné qu'il doit cuire une heure à feux doux)
Ah oui d'accord je vois pour la question 6 mais comment on est censé savoir ça🤔
V=n*Vm
Mais V ne sera pas le débit étant donné que le débit c'est L/min, V est seulement le L
Le butane est le réactif limitant.
On brûle donc les 50g de butane, c'est à dire 50/58 = 0,862 mol de ce combustible.
Dans les conditions de température et de pression décrites par l'énoncé 0,862 mol de butane ont un volume de 0,862 * 24 = 20,69L
Ces 20,69L sont "débités" à raison de 0,7L par minute.
Il n'y aura plus de butane au bout de 20,69L / 0,7L/min = 29,6 minutes.
Espérons qu'il y a une bouteille de secours quelque part dans la maison sinon le bœuf bourguignon qui doit cuire pendant une heure sera difficile à digérer !
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