Ressources · 3ᵉ · Chimie
Fiche de révision : Chimie et énergie
L’énergie chimique stockée dans les espèces chimiques et les transformations qui la libèrent ; la combustion et la pile, convertisseurs d’énergie chimique, dans une chaîne énergétique ; accumulateurs et pile à combustible ; combustibles et dioxyde de carbone.
Approfondissement Ce chapitre va au-delà du programme officiel de 3ᵉ : utile pour aller plus loin ou anticiper.
Énergie chimique : combustions et piles
Fiche méthode
(Physique-chimie 3ᵉ · L’énergie et ses conversions · Énergie chimique)
La démarche pour toute question d’énergie chimique
1. Je trouve le réservoir. Quelles espèces chimiques stockent l’énergie : un combustible, les réactifs d’une pile, un accumulateur chargé ?
2. Je nomme la conversion. Quelle transformation chimique a lieu, et en quelle forme d’énergie convertit-elle l’énergie chimique (thermique, lumineuse, électrique) ? Je trace la chaîne avec l’énergie utile et l’énergie dissipée.
3. Je fais le bilan. Énergie reçue = énergie utile (ou stockée) + énergie dissipée ; et si le combustible contient du carbone, il rejette du CO₂.
Cas 1 · Quelle énergie est libérée ?
Réflexe — réservoir = les réactifs ; ça chauffe → thermique ; ça éclaire → lumineuse ; un courant circule → électrique.
Exemple. Une fusée de détresse de bateau brûle en donnant une flamme rouge très vive et très chaude. Où l’énergie est-elle stockée, et sous quelles formes est-elle libérée ?
Elle est stockée sous forme chimique dans la composition de la fusée. Sa combustion la libère sous forme lumineuse (utile : être vu de loin) et thermique.
Attention — l’allumage ne fournit que le démarrage ; c’est la transformation chimique qui libère l’énergie.
Cas 2 · Chaîne d’un appareil à combustion
Réflexe — combustible (ovale) → énergie chimique → appareil (rectangle) → énergie utile + énergie thermique dissipée.
Exemple. Trace la chaîne énergétique d’une motobineuse à essence.
Réservoir d’essence → (énergie chimique) → moteur (combustion) → énergie cinétique utile vers les fraises qui retournent la terre ; énergie thermique dissipée vers l’environnement.
Attention — la flamme ou le moteur ne sont pas des réservoirs : c’est le combustible qui stocke l’énergie.
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Cas 3 · Raisonner sur une pile
Réflexe — tension = nature des électrodes ; durée = quantité de réactifs ; usée = un réactif épuisé.
Exemple. Une pile alcaline LR14 est plus grosse qu’une LR6. Compare leurs tensions et leurs durées de fonctionnement dans un même jouet.
Même nature (alcaline) : même tension, 1,5 V. La LR14 contient plus de réactifs : elle fonctionne plus longtemps.
Attention — une pile stocke de l’énergie chimique, pas « de l’électricité ».
Cas 4 · Charge, décharge et bilan
Réflexe — charge : électrique → chimique ; décharge : chimique → électrique ; reçue = stockée + dissipée.
Exemple. La batterie d’un sécateur électrique reçoit 90 kJ du chargeur et en stocke 81 kJ. Quelle énergie est dissipée, sous quelle forme ?
kJ, dissipés sous forme thermique : la batterie et le chargeur tiédissent.
Attention — une pile ordinaire ne se recharge jamais.
Cas 5 · Calculer une masse de CO₂
Réflexe — carbone dans le combustible → CO₂ ; masses proportionnelles d’après l’équation.
Exemple. Brûler 58 g de butane rejette 176 g de CO₂. Quelle masse de CO₂ rejette une cartouche de 290 g de butane ?
, donc g de CO₂, trois fois plus que la masse de butane : l’oxygène vient de l’air.
Attention — pile, accumulateur, dihydrogène : pas de CO₂ à l’usage, mais leur fabrication peut en rejeter.
Les pièges
- Dire qu’une pile ou une batterie stocke de l’énergie électrique : elle stocke de l’énergie chimique.
- Mettre la flamme ou le moteur en réservoir : le réservoir, c’est le combustible.
- Croire qu’une pile plus grosse a une tension plus grande : seule la durée change.
- Oublier l’énergie dissipée dans un bilan, ou penser qu’elle a disparu.
- S’étonner d’une masse de CO₂ plus grande que la masse brûlée : l’oxygène vient de l’air.
- Croire qu’une voiture électrique ou à hydrogène n’a aucun impact : tout dépend de la fabrication de l’électricité ou du dihydrogène.
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