Combustion
d'un alcane
L'atmosphère est constitué d'un mélange gazeux (
l'air) comprenant surtout le diazote ( 78 % en volume), le dioxygène (
21 %) et l'argon ( environ 1%). On y trouve également du dioxyde de
carbone, de la vapeur d'eau et des traces d'une multitude d'autres gaz.
Montrer
que la masse molaire de l'air vaut M = 29 g/mol.
M = 0,78 M(N2) + 0,21 M(O2) +0,01 M(Ar) ;
m = 0,78*28+0,21*32+0,01*40 = 21,84 +6,72+0,4 =28,96 ~29 g/mol.
La
combustion complète d'un alcane dans le dioxygène de l'air a produit V
= 22,5 L de dioxyde de carbone et m = 21,6 g d'eau. Dans les conditions
de l'expérience le volume molaire vaut 25 L/mol.
l'équation générale de cette combustion ( n étant un nombre entier ) est donnée par la formule :
CnH2n+2 + 0,5(2n+1)O2 = n CO2 + n+1 H2O.
Calculer les quantités de matière de dioxyde de carbone et d'eau formées.
n(CO2) = V/Vm = 22,5 / 25 = 0,90 mol.
n(H2O) = m / 18 = 21,6 / 18 = 1,2 mol.
Faire un tableau d'avancement en appelant nA la quantité de matière d'alcane.
|
avancement (mol)
|
CnH2n+2 |
+ 0,5(2n+1)O2 |
= n CO2 |
+ n+1 H2O |
initial
|
0
|
nA
|
excès
|
0
|
0
|
en cours
|
x
|
nA-x
|
excès
|
nx
|
(n+1)x
|
fin
|
xmax
|
nA-xmax |
excès
|
nxmax = 0,9
|
(n+1)xmax = 1,2
|
Exprimer l'avancement final en fonction de n et en déduire n.
nA-xmax= 0 ; nA=xmax ;
nxmax = 0,9 ; xmax = 0,9 / n ;
(n+1)xmax = 1,2 ; (n+1) *0,9 / n = 1,2 ; n+1 = 1,2 n/0,9 = 1,333 n ; n = 3.
|
Donner la formule brute et le nom de l'alcane.
CH3-CH2-CH3 ; propane.
|
.
Un stimulateur cardiaque peut être actionné grâce à une pile intégrée au lithium.
Elle comprend une électrode de lithium et un électrolyte constitué d'un
solvant organique contenant entre autres des ions lithium Li+.
L'équation de la réaction qui se produit à cette électrode est Li = Li+ +e-.
Quelle est la polarité de l'électrode de lithium ?
Le lithium s'oxyde et cède des électrons négatif : l'électrode de lithium constitue la borne négative de la pile.
La pile contient m = 1,0 g de lithium.
Calculer la quantité de matière de lithium disponible.
n = m / m(Li) = 1,0 /6,9 = 0,145 mol ~0,14 mol.
Calculer le nombre de mole d'électrons que peut transférer la pile.
n = 0,14 mol
En déduire la quantité d'électricité en coulomb puis en ampère-heure que peut fournir une telle pile .
Valeur du Faraday : 9,65 104 C.
Q = n F = 0,145 *9,65 104 = 1,4 104 C.
1 Ah = 3600 C d'où Q = 1,4 104 / 3600 =3,89 ~3,9 Ah.
|
La capacité massique ( exprimée en Ah kg-1) est la quantité maximale d'électricité que peut débiter la pile par kilogramme d'élément constituant.
Vérifier que la capacité massique de la pile au lithium est de l'ordre de 4000 Ah kg-1.
Quantité d'électricité ( A h ) / masse de lithium = 3,9 / 10-3 = 3,9 103 Ah kg-1.
Exprimer la capacité massique en fonction de l'intensité du courant débité I, de la durée de fonctionnement Dt et de la masse de l'élément constituant.
Quantité d'électricité Q = I Dt avec I en ampère et Dt en heure.
Capacité massique = I Dt / m avec m ( kg) masse de lithium.
Pourquoi utilise t-on des piles au lithium plutôt que des piles au cadmium de capacité massique 480 Ah kg-1 ?
Les piles au lithium permettent de stocker beaucoup d'énergie dans un
volume très faible, ce qui est bien pratique pour alimenter un
stimulateur cardiaque. D'autre part, à masse égale, elle fonctionnent
bien plus longtemps.
|
|