Voici le corrigé du TP sur les combustions et l’énergie de l’éthanol, avec des résultats types, la courbe tracée à partir des mesures et un compte rendu modèle. Les valeurs réelles varient avec ton montage, mais l’ordre de grandeur du rendement doit être proche de 30 %.
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Résultats types du corrigé du TP sur les combustions
| Temps t (min) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| Température θ (°C) | 20,0 | 28,5 | 37,5 | 46,0 | 55,0 |
| Grandeur | Valeur | Unité |
|---|---|---|
| Masse d’eau meau | 100,0 | g |
| Masse du brûleur avant m1 | 182,40 | g |
| Masse du brûleur après m2 | 180,60 | g |
| Éthanol consommé Δm | 1,80 | g |
Réponses aux questions
1. C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O.
2. Δm = 182,40 − 180,60 = 1,80 g ; n = 1,80 ÷ 46,0 = 3,91 × 10−2 mol.
3. E = n × |ΔrE| = 3,91 × 10−2 × 1 235 ≈ 48,3 kJ.
4. La courbe est pratiquement une droite : la température augmente d’environ 8,75 °C par minute, donc la puissance transférée à l’eau est à peu près constante : P = Q ÷ Δt = 14 630 J ÷ 240 s ≈ 61 W.
5. Q = 100,0 × 4,18 × (55,0 − 20,0) = 14 630 J ≈ 14,6 kJ.
6. η = 14,6 ÷ 48,3 ≈ 0,30, soit 30 %. Énergie molaire expérimentale : Q ÷ n = 14,6 ÷ 3,91 × 10−2 ≈ 374 kJ/mol, très inférieure à 1 235 kJ/mol (la différence correspond aux pertes).
7. Le rendement est inférieur à 100 % car une grande partie de l’énergie chauffe l’air environnant, les gaz chauds s’échappent sans passer sous le récipient, le récipient lui-même et le thermomètre s’échauffent, l’eau s’évapore un peu, et la combustion peut être légèrement incomplète.
8. La pesée est beaucoup plus précise que la lecture d’un volume sur un petit réservoir, et elle donne directement la masse brûlée, donc n. On garde le capuchon pour éviter l’évaporation entre les pesées.
Conclusion et compte rendu modèle
Compte rendu. Objectif : mesurer l’énergie transférée à de l’eau par la combustion de l’éthanol et en déduire un rendement. Nous avons chauffé 100,0 g d’eau avec un brûleur à éthanol pendant 4 min. La température est passée de 20,0 °C à 55,0 °C, soit une élévation de 35,0 °C, avec une évolution presque linéaire. L’énergie reçue par l’eau est Q = m × c × ΔT = 100,0 × 4,18 × 35,0 ≈ 14,6 kJ. Le brûleur a perdu 1,80 g, soit 3,91 × 10−2 mol d’éthanol. L’équation C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O et la valeur |ΔrE| = 1 235 kJ/mol donnent une énergie libérée de 48,3 kJ. Le rendement vaut donc environ 30 %. Les 70 % restants sont perdus dans l’air et dans le matériel. Pour améliorer ce rendement, on peut approcher le brûleur du récipient, entourer le montage d’un écran isolant et couvrir le récipient. Le résultat confirme que la combustion libère beaucoup d’énergie mais qu’un chauffage réel en transfère seulement une partie utile.
Erreurs fréquentes en TP
- Peser le brûleur sans capuchon, ou le toucher entre deux pesées, ce qui fausse Δm.
- Oublier d’agiter l’eau : la température mesurée n’est alors pas représentative.
- Mélanger g et kg, ou J et kJ, dans le calcul de Q.
- Confondre l’énergie libérée par la combustion et l’énergie reçue par l’eau.
- Calculer le rendement avec une énergie en kJ et l’autre en J.