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La mole
- La mole est l’unité de quantité de matière. Cette unité est la plus pratique lorsqu’on manipule des entités microscopiques.
- Une mole est un regroupement de $\pu{6,02e23}$ entités microscopiques.
- On appelle masse molaire d’une entité microscopique la masse d’une mole de cette entité. La masse molaire s’exprime, en pratique, en gramme par mole ($\pu{g/mol}$).
L’équation d’une réaction chimique
- L’équation d’une réaction chimique est la modélisation de cette réaction. Elle fait apparaître les entités microscopiques qui réagissent, le réactifs, et celles qui se forment, les produits.
- L’équation d’une réaction ne fait pas apparaître les entités spectatrices (celles dont la quantité de matière ne varie pas).
- Les nombres stœchiométriques indiquent dans quelles proportions, en quantités de matières, les réactifs réagissent et les produits se forment.
On appelle énergie de combustion d’une entité microscopique, l’énergie libérée par la combustion d’une mole (ou d’un kilogramme) de cette entité. L’énergie libérée s’exprime donc en joule par mole ($\pu{J/mol}$) ou joule par kilogramme ($\pu{J/kg}$).
- Remarque
- Une réaction de combustion est une réaction entre un combustible (« ce qui brûle ») et un comburant. Lorsque cette combustion se déroule à l’air libre, le comburant est le dioxygène.
Une réaction de combustion est exothermique.
Questions
- Qu’est-ce qu’une réaction de combustion ?
Réponse
On parle de combustion, le plus souvent, lorsque l’un des réactifs est le dioxygène de l’air.
- Identifier, dans le cas de la réaction de combustion du carbone (charbon), les réactifs et les produits.
Réponse
- Réactifs : carbone et dioxygène ;
- Produits : dioxyde de carbone ou monoxyde de carbone.
- Toujours pour la réaction de combustion du carbone, donner un exemple d’entité spectatrice.
Réponse
L’air est essentiellement constitué de diazote. Ce dernier n’apparaît pas dans l’équation de la réaction ; c’est une entité spectatrice (on aurait aussi pu penser à la vapeur d’eau).
- Démontrer que $\pu{10,0 kg}$ de charbon correspond à $\pu{833 mol}$. Remarque : Le charbon est uniquement constitué de carbone et la masse molaire du carbone est $M(\ce{C}) = \pu{12,0 g/mol}$.
Réponse
- $n (\ce{C}) = \dfrac{m(\ce{C})}{M(\ce{C})}$
- A.N. $n (\ce{C}) = \dfrac{ \pu{10,0e3 g} }{ \pu{12,0 g/mol} } = \pu{833 mol}$
- Calculer l’énergie libérée pour chaque exemple du document 1.
Réponse
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Le chauffage d’une habitation nécessite l’utilisation de $m = \pu{10 kg}$ de charbon. Comme l’énergie de combustion du charbon est $E_C = \pu{21 MJ/kg}$, l’énergie libérée par le chauffage est donc $E_1 = m \cdot E_C = \pu{10 kg} \times \pu{21 MJ/kg} = \pu{2,1e2 MJ}$.
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Lors du trajet de $\pu{100 km}$ on consomme un volume $V = \pu{6,25 L}$ de diesel, soit une masse $m = \rho \cdot V = \pu{0,850 kg/L} \times \pu{6,25 L} = \pu{5,31 kg}$. Comme l’énergie de combustion du diesel est $E_C = \pu{44,8 MJ/kg}$, l’énergie libérée par la combustion lors du voyage est donc $E_2 = m \cdot E_C = \pu{5,31 kg} \times \pu{44,8 MJ/kg} = \pu{238 MJ}$.
- Déterminer, dans chaque cas, la masse de dioxyde de carbone produite.
Réponse
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Chaque mole de carbone qui réagit, dans le cas du charbon, conduit à la formation d’une mole de dioxyde de carbone. Donc, au final, il s’est formé $n_1(\ce{CO2}) = \pu{833 mol}$. Puisque la masse molaire du dioxyde de carbone est $M(\ce{CO2}) = \pu{44,0 g/mol}$, il s’est formé $m_1(\ce{CO2}) = \pu{833 mol} \times \pu{44,0 g/mol} = \pu{36,7e3 g} = \pu{36,7 kg}$.
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Chaque mole de n-hexadécane qui réagit, dans le cas du diesel, conduit à la formation de 16 moles de dioxyde de carbone. Donc, au final, il s’est formé $n_2(\ce{CO2}) = 16 \times \pu{22,68 mol} = \pu{363 mol}$. Puisque la masse molaire du dioxyde de carbone est $M(\ce{CO2}) = \pu{44 g/mol}$, il s’est formé $m_2(\ce{CO2}) = \pu{363 mol} \times \pu{44 g/mol} = \pu{16,0e3 g} = \pu{16,0 kg}$.
- En déduire la masse de dioxyde de carbone produite pour chaque MJ d’énergie libérée.
Laquelle des deux solutions est la moins pire pour ce qui est de la lutte contre le réchauffement climatique ?
Réponse
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La masse de dioxyde de carbone produite pour chaque MJ d’énergie libérée, dans le cas du charbon, est $\dfrac{m_1(\ce{CO2})}{E_1} = \dfrac{\pu{36,7 kg}}{\pu{210 MJ}} = \pu{0,175 kg/MJ}$.
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La masse de dioxyde de carbone produite pour chaque MJ d’énergie libérée, dans le cas du diesel, est $\dfrac{m_2(\ce{CO2})}{E_2} = \dfrac{\pu{16,0 kg}}{\pu{238 MJ}} = \pu{0,067 kg/MJ}$.
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La solution la moins pire est celle qui libère le moins de dioxyde de carbone dans l’atmosphère pour chaque MJ d’énergie libérée. C’est donc le diesel.
- Montrer que les polluants atmosphériques ont un impact sur la santé humaine.
Réponse
On s’aperçoit que l’augmentation de la quantité d’ozone au Canada a entraîné une augmentation du nombre d’hospitalisations. Cela suggère (corrélation) que la présence de gaz polluant a un impact direct sur la santé. On estime à 7 millions le nombre de décès liés à la pollution dans le monde. Ces décès sont souvent liés à des problèmes respiratoires ou pulmonaires, mais de nombreuses pathologies concernent également le cœur ou encore le cerveau.
- Retour sur les relations : corrélation/causalité
- Montrer qu’il existe une diversité de polluants provenant d’une diversité de sources et proposer des événements pouvant exacerber ces sources de pollution.
Réponse
Il existe de nombreux gaz polluants tels que l’ozone, le monoxyde de carbone, le dioxyde de soufre ou bien le protoxyde d’azote. Ces gaz peuvent être issus de différents secteurs utilisant des combustions, notamment l’industrie ou les transports.
Certains phénomènes météorologiques, comme le vent ou une température élevée, peuvent augmenter la présence de polluants dans l’air.