Ressources · 1ʳᵉ · Physique-chimie (spécialité)
Combustions : énergie libérée et enjeux
Les combustibles usuels et la combustion modélisée par une oxydoréduction ; l’équation de la combustion complète d’un alcane et d’un alcool ; l’énergie molaire de combustion, l’énergie libérée et le pouvoir calorifique massique, estimé par l’expérience ; l’interprétation par les énergies de liaison en phase gazeuse ; les applications, les risques et les enjeux pour le climat.
À propos de cette page
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Les produits de la combustion complète d’un alcane sont :
- A. CO et H₂O
- B. C et H₂O
- C. CO₂ et H₂O
- D. CO₂ et H₂
Réponse
C. CO₂ et H₂O — Avec assez de dioxygène, tout le carbone devient CO₂ et tout l’hydrogène devient H₂O. CO et carbone signalent une combustion incomplète.
Lequel de ces combustibles est d’origine fossile ?
- A. le gaz naturel
- B. le bioéthanol
- C. le biométhane
- D. le bois de chauffage
Réponse
A. le gaz naturel — Le gaz naturel s’est formé en millions d’années dans le sous-sol ; les trois autres sont issus de la biomasse.
Dans une combustion, le dioxygène joue le rôle :
- A. de réducteur
- B. de combustible
- C. d’espèce spectatrice
- D. d’oxydant
Réponse
D. d’oxydant — Le dioxygène capte des électrons (O₂ + 4 H⁺ + 4 e⁻ = 2 H₂O) : c’est l’oxydant ; le combustible est le réducteur.
Une énergie molaire de combustion s’exprime en :
- A. kJ·g⁻¹
- B. kJ·mol⁻¹
- C. mol·kJ⁻¹
- D. kJ·L⁻¹
Réponse
B. kJ·mol⁻¹ — C’est une énergie par mole de combustible : kJ·mol⁻¹. Le kJ·g⁻¹ est l’unité du pouvoir calorifique massique.
Un pouvoir calorifique massique peut s’exprimer en :
- A. kJ·mol⁻¹
- B. g·mol⁻¹
- C. MJ·kg⁻¹
- D. kg·MJ⁻¹
Réponse
C. MJ·kg⁻¹ — C’est une énergie par unité de masse ; 1 kJ·g⁻¹ = 1 MJ·kg⁻¹.
L’énergie molaire de combustion est négative parce que :
- A. le système cède de l’énergie
- B. la réaction est endothermique
- C. le combustible perd de la masse
- D. l’eau formée est un gaz
Réponse
A. le système cède de l’énergie — Par convention, une énergie cédée par le système à l’extérieur est comptée négativement.
Quel gaz toxique se forme quand le dioxygène manque ?
- A. le dioxyde de carbone
- B. le diazote
- C. la vapeur d’eau
- D. le monoxyde de carbone
Réponse
D. le monoxyde de carbone — La combustion incomplète forme du monoxyde de carbone CO, incolore et inodore, qui se fixe sur l’hémoglobine.
Lequel de ces carburants est un biocarburant ?
- A. le gazole
- B. le bioéthanol
- C. le kérosène
- D. le fioul domestique
Réponse
B. le bioéthanol — Le bioéthanol est produit par fermentation de sucres végétaux ; gazole, kérosène et fioul viennent du pétrole.
L’énergie de liaison D(A–B) est l’énergie :
- A. à fournir pour rompre une mole de liaisons A–B
- B. libérée par une mole de combustible
- C. contenue dans un seul atome A
- D. cédée quand on rompt la liaison A–B
Réponse
A. à fournir pour rompre une mole de liaisons A–B — Rompre une liaison demande toujours de l’énergie ; D est donnée pour une mole de liaisons, espèces gazeuses.
Un kilowattheure (1 kWh) vaut :
- A. 3,6 kJ
- B. 36 MJ
- C. 3,6 MJ
- D. 360 kJ
Réponse
C. 3,6 MJ — 1 kWh = 1 000 W × 3 600 s = 3 600 000 J = 3,6 MJ.
Combien de liaisons C = O une molécule de dioxyde de carbone contient-elle ?
- A. une
- B. trois
- C. quatre
- D. deux
Réponse
D. deux — O = C = O : l’atome de carbone forme deux doubles liaisons, une avec chaque atome d’oxygène.
Quelle équation de combustion complète du méthane est correctement ajustée ?
- A. CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
- B. CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
- C. CH₄ + 2 O₂ → CO + 2 H₂O
- D. CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂
Réponse
B. CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O — C : 1 = 1 ; H : 4 = 4 ; O : 4 = 2 + 2. Les autres ne conservent pas les éléments ou ne forment pas les bons produits.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Dans l’équation C₇H₁₆ + x O₂ → 7 CO₂ + 8 H₂O, x vaut :
- A. 8
- B. 11
- C. 7,5
- D. 22
Réponse
B. 11 — À droite : 7 × 2 + 8 = 22 atomes d’oxygène, soit 11 molécules de O₂.
Un combustible a pour énergie molaire de combustion −2 870 kJ·mol⁻¹. L’énergie libérée par 0,250 mol vaut :
- A. 717,5 kJ
- B. 11 480 kJ
- C. 87,1 kJ
- D. 2 870 kJ
Réponse
A. 717,5 kJ — Q = n × |E| = 0,250 × 2 870 = 717,5 kJ. Diviser au lieu de multiplier donne 11 480 kJ.
Le décane (M = 142 g·mol⁻¹) a pour énergie molaire de combustion −6 294 kJ·mol⁻¹. Son pouvoir calorifique vaut environ :
- A. 0,0226 kJ·g⁻¹
- B. 6 294 kJ·g⁻¹
- C. 893 748 kJ·g⁻¹
- D. 44,3 kJ·g⁻¹
Réponse
D. 44,3 kJ·g⁻¹ — PC = 6 294 ÷ 142 ≈ 44,3 kJ·g⁻¹. Diviser M par |E| ou multiplier les deux donne des valeurs absurdes.
Quelle masse de CO₂ la combustion complète de 0,120 mol de butane C₄H₁₀ forme-t-elle (M(CO₂) = 44,0 g·mol⁻¹) ?
- A. 0,480 g
- B. 10,6 g
- C. 21,1 g
- D. 5,28 g
Réponse
C. 21,1 g — Une mole de C₄H₁₀ donne 4 mol de CO₂ : n(CO₂) = 0,480 mol et m = 0,480 × 44,0 ≈ 21,1 g.
Quelle quantité de dioxygène faut-il pour brûler complètement 0,10 mol de propane (C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O) ?
- A. 0,020 mol
- B. 0,10 mol
- C. 0,30 mol
- D. 0,50 mol
Réponse
D. 0,50 mol — n(O₂) = 5 × 0,10 = 0,50 mol. Diviser par 5 donne 0,020 mol ; 0,30 mol est la quantité de CO₂ formée.
Une molécule d’heptane C₇H₁₆ contient :
- A. 16 C–H et 6 C–C
- B. 16 C–H et 7 C–C
- C. 14 C–H et 6 C–C
- D. 7 C–H et 16 C–C
Réponse
A. 16 C–H et 6 C–C — Chaque atome H forme une liaison C–H (16) ; une chaîne de 7 atomes C compte 6 liaisons C–C.
Avec D(H–H) = 436, D(Cl–Cl) = 243 et D(H–Cl) = 432 kJ·mol⁻¹, l’énergie de réaction de H₂ + Cl₂ → 2 HCl (gaz) vaut :
- A. +185 kJ·mol⁻¹
- B. −185 kJ·mol⁻¹
- C. +247 kJ·mol⁻¹
- D. −1 111 kJ·mol⁻¹
Réponse
B. −185 kJ·mol⁻¹ — Rompues : 436 + 243 = 679 kJ ; formées : 2 × 432 = 864 kJ ; 679 − 864 = −185 kJ·mol⁻¹.
Une lampe chauffe 300 g d’eau (c = 4,18 J·g⁻¹·°C⁻¹), dont la température monte de 12,0 °C. L’eau reçoit environ :
- A. 15,0 kJ
- B. 15 048 kJ
- C. 1,25 kJ
- D. 150 kJ
Réponse
A. 15,0 kJ — Q = 300 × 4,18 × 12,0 = 15 048 J ≈ 15,0 kJ. Attention à l’unité : c est en joules.
Pourquoi le pouvoir calorifique mesuré avec une canette d’eau est-il plus faible que celui des tables ?
- A. l’eau absorbe plus d’énergie que la flamme n’en libère
- B. la combustion au laboratoire est toujours complète
- C. une partie de l’énergie chauffe l’air et la canette
- D. la balance surestime toujours la masse d’eau
Réponse
C. une partie de l’énergie chauffe l’air et la canette — Pertes thermiques (air, canette, support) et combustion incomplète : l’eau ne reçoit qu’une partie de l’énergie libérée.
Quelle masse de CO₂ la combustion complète du propane (Ecomb = −2 044 kJ·mol⁻¹) émet-elle par mégajoule libéré ?
- A. 21,5 g
- B. 1,47 g
- C. 0,0646 g
- D. 64,6 g
Réponse
D. 64,6 g — n = 1 000 ÷ 2 044 ≈ 0,489 mol ; n(CO₂) = 3 n ≈ 1,468 mol ; m ≈ 1,468 × 44,0 ≈ 64,6 g. Oublier le facteur 3 donne 21,5 g.
Le biométhane injecté dans le réseau de gaz est obtenu par :
- A. distillation du pétrole brut
- B. méthanisation de déchets organiques
- C. électrolyse de l’eau de mer
- D. combustion du charbon
Réponse
B. méthanisation de déchets organiques — Des déchets fermentent sans air et donnent un biogaz riche en méthane, épuré en biométhane.
À masse égale, pourquoi l’éthanol libère-t-il moins d’énergie que l’octane ?
- A. il est liquide à température ambiante
- B. il est issu de la biomasse végétale
- C. sa molécule contient déjà un atome d’oxygène
- D. sa masse volumique est plus grande
Réponse
C. sa molécule contient déjà un atome d’oxygène — L’atome d’oxygène compte dans la masse mais ne brûle pas : 26,8 kJ·g⁻¹ pour l’éthanol contre 44,5 kJ·g⁻¹ pour l’octane.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Par rapport à la combustion complète de la même quantité de combustible, une combustion incomplète :
- A. consomme moins de dioxygène et libère moins d’énergie
- B. consomme plus de dioxygène et libère plus d’énergie
- C. consomme autant de dioxygène et libère moins d’énergie
- D. consomme moins de dioxygène et libère autant d’énergie
Réponse
A. consomme moins de dioxygène et libère moins d’énergie — Le carbone ne reçoit qu’un atome d’oxygène (CO) ou aucun (suie) : moins de dioxygène, et moins d’énergie libérée.
L’énergie de combustion estimée avec les énergies de liaison diffère de la valeur mesurée, car :
- A. les énergies de liaison sont exactes
- B. elles sont moyennes et valent pour des gaz
- C. la combustion est endothermique
- D. le dioxygène n’entre pas dans le bilan
Réponse
B. elles sont moyennes et valent pour des gaz — Une énergie de liaison est une moyenne sur de nombreuses molécules et suppose des espèces gazeuses : l’estimation reste approchée.
On dit que le bioéthanol a un bilan carbone réduit parce que :
- A. sa combustion ne produit pas de CO₂
- B. il ne contient pas d’atome de carbone
- C. il ne libère presque pas d’énergie
- D. son carbone vient du CO₂ capté par les plantes
Réponse
D. son carbone vient du CO₂ capté par les plantes — Sa combustion émet du CO₂, mais ce carbone a été prélevé récemment dans l’atmosphère par photosynthèse : le bilan est réduit, pas nul.
Pourquoi la combustion d’un alcane est-elle exothermique ?
- A. rompre les liaisons du combustible libère de l’énergie
- B. former des liaisons consomme de l’énergie
- C. former C = O et O–H libère plus que rompre ne coûte
- D. le dioxygène apporte sa propre chaleur
Réponse
C. former C = O et O–H libère plus que rompre ne coûte — Rompre coûte de l’énergie, former en libère ; la somme des liaisons formées l’emporte : E < 0.
Pour comparer l’effet de deux combustibles sur le climat, la grandeur la plus pertinente est :
- A. la masse de CO₂ émise par mégajoule
- B. la masse de CO₂ émise par mole
- C. le pouvoir calorifique massique seul
- D. la masse volumique du carburant
Réponse
A. la masse de CO₂ émise par mégajoule — On compare des émissions pour un même service rendu, donc pour une même énergie libérée.
Éthane : −1 437 kJ·mol⁻¹, M = 30,0 g·mol⁻¹ ; nonane : −5 683 kJ·mol⁻¹, M = 128 g·mol⁻¹. Pour un kilogramme brûlé :
- A. le nonane libère le plus d’énergie
- B. les deux libèrent la même énergie
- C. on ne peut pas conclure sans volume
- D. l’éthane libère le plus d’énergie
Réponse
D. l’éthane libère le plus d’énergie — PC(éthane) = 1 437 ÷ 30,0 ≈ 47,9 kJ·g⁻¹ ; PC(nonane) = 5 683 ÷ 128 ≈ 44,4 kJ·g⁻¹. Par mole le nonane libère plus, par kilogramme c’est l’éthane.
Quelle est la demi-équation du couple CO₂/C₂H₆ ?
- A. 2 CO₂ + 6 H⁺ + 6 e⁻ = C₂H₆ + 4 H₂O
- B. 2 CO₂ + 14 H⁺ + 14 e⁻ = C₂H₆ + 4 H₂O
- C. 2 CO₂ + 14 H⁺ = C₂H₆ + 4 H₂O + 14 e⁻
- D. 2 CO₂ + 12 H⁺ + 12 e⁻ = C₂H₆ + 3 H₂O
Réponse
B. 2 CO₂ + 14 H⁺ + 14 e⁻ = C₂H₆ + 4 H₂O — O : 4 = 4 ; H : 14 = 6 + 8 ; charge : 14 − 14 = 0 à gauche comme à droite. Les autres ne conservent pas H, la charge ou O.
Un élève trouve une énergie de combustion positive avec les énergies de liaison. Son erreur la plus probable :
- A. il a oublié l’oxygène de l’alcool
- B. il a pris des valeurs pour des gaz
- C. il a calculé « formées − rompues »
- D. il a écrit l’équation pour une mole
Réponse
C. il a calculé « formées − rompues » — Oublier un atome O change la valeur, pas le signe ; inverser la soustraction rend le résultat positif.
Le dihydrogène est souvent présenté comme un combustible « propre ». Ce qui est exact :
- A. sa combustion ne rejette pas de CO₂
- B. sa production n’émet jamais de CO₂
- C. il abonde, pur, dans le sous-sol
- D. il libère peu d’énergie par kilogramme
Réponse
A. sa combustion ne rejette pas de CO₂ — Il ne forme que de l’eau en brûlant, mais il est surtout produit aujourd’hui à partir de gaz naturel ou de charbon.
Pour une mole d’alcane CₙH₂ₙ₊₂, la combustion complète consomme :
- A. (2n + 1)/2 mol de O₂
- B. (3n + 2)/2 mol de O₂
- C. (n + 1) mol de O₂
- D. (3n + 1)/2 mol de O₂
Réponse
D. (3n + 1)/2 mol de O₂ — n CO₂ et (n + 1) H₂O contiennent 2n + n + 1 = 3n + 1 atomes O, soit (3n + 1)/2 molécules de O₂.
Les oxydes d’azote rejetés par un moteur à essence viennent :
- A. de l’azote contenu dans l’octane
- B. du diazote et du dioxygène de l’air chauffés
- C. de la combustion incomplète du carburant
- D. du dioxyde de carbone formé
Réponse
B. du diazote et du dioxygène de l’air chauffés — L’octane ne contient pas d’azote : à haute température, le diazote et le dioxygène de l’air réagissent entre eux.
Une mesure donne un pouvoir calorifique de 25 kJ·g⁻¹ pour un combustible qui vaut 42 kJ·g⁻¹ dans les tables. Quelle modification réduit l’écart ?
- A. utiliser davantage de combustible
- B. chauffer une masse d’eau plus petite
- C. entourer la flamme et la canette d’un écran
- D. éloigner la canette de la flamme
Réponse
C. entourer la flamme et la canette d’un écran — Un écran limite les pertes thermiques vers l’air ; éloigner la canette les augmente. Brûler plus de combustible ou chauffer moins d’eau ne change pas la proportion perdue.
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
Soutien scolaire à Marseille · Cours particuliers au collège · Aide aux devoirs