Le triangle du feu (combustible, comburant, énergie d’activation) ; les combustions du carbone, du méthane, du butane et du propane, leurs bilans et l’origine des atomes ; identifier les produits par des tests ; combustion complète ou incomplète et danger du monoxyde de carbone ; éteindre un feu en supprimant un côté du triangle
À propos de cette page
Cinq problèmes corrigés pas à pas : le barbecue au charbon de bois, la cartouche de butane d’un réchaud de camping, la chaudière qui brûle mal, l’énergie gaspillée par une combustion incomplète du carbone, et trois gaz à identifier par leurs produits.
5 problèmes, du plus simple au plus difficile. Écris tes réponses, puis « Vérifier ».
Résoudre un problème : la méthode
Je lis l’énoncé et je repère le combustible, le comburant et ce qui a démarré la combustion.
Je relève les observations : couleur de la flamme, fumée, suie, buée, résultats des tests.
J’en déduis les produits (eau, dioxyde de carbone, suie, monoxyde de carbone) et les atomes du combustible.
Je calcule s’il le faut (durées, volumes, énergies), avec les unités.
Je conclus par une phrase : bilan en mots, type de combustion, consigne de sécurité.
Problème 1 · Le barbecue au charbon de bois★★★Facile
Pour allumer un barbecue, on pose des morceaux de charbon de bois sur un cube allume-feu, qu’on enflamme avec une allumette. Au bout de vingt minutes, le charbon rougeoie sans flamme : ce sont les braises. On utilise toujours le barbecue dehors.
1. Le combustible principal est le .
C’est le charbon de bois qui brûle pendant toute la cuisson.
2. L’énergie d’activation est apportée par la flamme de l’.
La flamme de l’allume-feu (allumé par l’allumette) démarre la combustion du charbon.
3. Le charbon de bois est surtout fait de carbone : sa combustion complète forme du .
carbone + dioxygène → dioxyde de carbone.
4. Dans un local fermé, le dioxygène viendrait à manquer et la combustion deviendrait .
Sans air renouvelé, la combustion devient incomplète et forme du monoxyde de carbone : c’est pourquoi un barbecue s’utilise dehors.
Problème 2 · Le réchaud de camping★★★Facile
Un réchaud de camping brûle le butane d’une cartouche de 450 g. À pleine puissance, il en consomme 150 g par heure. On pose dessus une casserole remplie d’eau froide : le dessous de la casserole se couvre de buée.
1. Durée de fonctionnement d’une cartouche à pleine puissance : h
: 3 h.
2. À mi-puissance, le réchaud consomme 75 g de butane par heure. Durée d’une cartouche : h
: 6 h.
3. La buée est un produit de la combustion : c’est de l’.
La vapeur d’eau formée par la combustion se liquéfie sur le fond froid de la casserole.
4. Recueillie sur du sulfate de cuivre anhydre, la buée le fait devenir .
Le sulfate de cuivre anhydre devient bleu : c’est bien de l’eau.
5. Il se forme aussi un gaz qui trouble l’eau de chaux. Bilan : butane + dioxygène → + eau
Le carbone du butane donne du dioxyde de carbone.
Problème 3 · La chaudière qui brûle mal★★★Moyen
Une famille se plaint de maux de tête qui reviennent chaque soir en hiver. Un technicien constate : la flamme de la chaudière au gaz est jaune, la grille d’aération de la cuisine est bouchée par un meuble, des traces noires salissent le mur au-dessus de l’appareil.
1. Type de combustion dans cette chaudière :
Flamme jaune et traces noires : la combustion est incomplète.
2. Les traces noires sont de la .
C’est de la suie, du carbone qui n’a pas brûlé.
3. Le gaz toxique qui a pu se former s’appelle le .
Le monoxyde de carbone, incolore et inodore, explique les maux de tête.
4. Le technicien fait d’abord dégager la grille : elle apporte le nécessaire à une combustion complète.
La grille d’aération apporte l’air, donc le dioxygène.
5. Il conseille aussi d’installer un de monoxyde de carbone.
Aucun sens humain ne perçoit ce gaz : seul un détecteur de monoxyde de carbone peut donner l’alerte.
Quand 12 g de carbone brûlent en ne formant que du dioxyde de carbone, ils libèrent 393,5 kJ (kilojoules). Si ces 12 g de carbone ne forment que du monoxyde de carbone, ils ne libèrent que 110,5 kJ. Un sac contient 3 kg de charbon de bois, que l’on considère comme du carbone pur.
1. Énergie perdue pour 12 g de carbone quand il se forme du monoxyde de carbone au lieu du dioxyde de carbone : kJ
: 283 kJ perdus.
2. La combustion en dioxyde de carbone libère environ fois plus d’énergie (arrondi au dixième).
, soit environ 3,6 fois plus.
3. Nombre de portions de 12 g dans 3 kg de charbon :
kg g ; : 250 portions.
4. Énergie libérée si les 3 kg brûlent entièrement en dioxyde de carbone : kJ
: 98 375 kJ.
5. Énergie gaspillée pour le sac entier si tout le carbone ne forme que du monoxyde de carbone : kJ
: 70 750 kJ perdus (ou ). La combustion incomplète gaspille le combustible, en plus d’être dangereuse.
Problème 5 · Trois gaz à identifier★★★Difficile
Trois flacons A, B et C contiennent chacun un gaz combustible : du dihydrogène, du monoxyde de carbone ou du méthane, dans un ordre inconnu. On fait brûler chaque gaz dans du dioxygène, puis on teste les produits. Gaz A : le sulfate de cuivre anhydre bleuit et l’eau de chaux se trouble. Gaz B : le sulfate de cuivre anhydre reste blanc et l’eau de chaux se trouble. Gaz C : le sulfate de cuivre anhydre bleuit et l’eau de chaux reste limpide.
1. Le gaz A forme de l’eau et du dioxyde de carbone : il contient les éléments carbone et .
Seul le méthane CH₄ contient à la fois du carbone et de l’hydrogène.
3. Le gaz C ne forme que de l’eau : c’est le .
De l’hydrogène, pas de carbone : c’est le dihydrogène H₂.
4. Le gaz B forme du dioxyde de carbone mais pas d’eau : c’est le .
Du carbone sans hydrogène : le monoxyde de carbone CO, qui brûle en donnant du dioxyde de carbone.
5. Le gaz B contient déjà un atome d’oxygène par molécule ; le second atome d’oxygène du dioxyde de carbone formé vient du .
CO devient CO₂ en gagnant un atome d’oxygène, apporté par le dioxygène.
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