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Exercices – Combustions et carburants

Chapitre 8 | Première STI2D — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Exercices progressifs corrigés. Cherche chaque exercice avant de dérouler la correction.

Exercice 1 — Combustible, comburant, triangle du feu

Pour chaque combustion, identifier le combustible et le comburant :

  1. Un réchaud de camping brûle du butane à l'air libre.
  2. Une bougie brûle dans une pièce.
  3. Une gazinière brûle du gaz naturel (méthane).

Puis citer les trois éléments du triangle du feu et expliquer comment agit un extincteur qui étouffe les flammes.

1. Combustible : butane ; comburant : \(\text{O}_2\) de l'air. 2. Combustible : cire (paraffine) ; comburant : \(\text{O}_2\). 3. Combustible : méthane ; comburant : \(\text{O}_2\).

Triangle du feu : combustible, comburant, énergie d'activation. Un extincteur qui étouffe les flammes prive le feu de dioxygène (côté « comburant ») : la combustion s'arrête.

Exercice 2 — Complète ou incomplète ?

Pour chaque situation, dire si la combustion est complète ou incomplète, préciser la couleur attendue de la flamme et les produits formés :

  1. Un bec Bunsen bien réglé, arrivée d'air grande ouverte : flamme bleue.
  2. Le même bec, arrivée d'air fermée : flamme jaune qui dépose de la suie.

1. Complète (dioxygène en excès), flamme bleue, produits : \(\text{CO}_2\) et \(\text{H}_2\text{O}\) uniquement.

2. Incomplète (dioxygène en défaut), flamme jaune, produits : \(\text{CO}_2\), \(\text{H}_2\text{O}\), plus du monoxyde de carbone \(\text{CO}\) (toxique) et du carbone \(\text{C}\) (suie).

Exercice 3 — Familles et formules

Compléter le tableau : famille (alcane / alcène / alcool), formule brute, formule semi-développée.

  1. Éthane (alcane à 2 carbones).
  2. Éthène (alcène à 2 carbones).
  3. Méthanol (alcool à 1 carbone).

1. Éthane — alcane — brute \(\text{C}_2\text{H}_6\) — semi-développée \(\text{CH}_3\text{-CH}_3\).

2. Éthène — alcène — brute \(\text{C}_2\text{H}_4\) — semi-développée \(\text{CH}_2\text{=CH}_2\) (double liaison C=C).

3. Méthanol — alcool — brute \(\text{CH}_4\text{O}\) — semi-développée \(\text{CH}_3\text{-OH}\) (groupe \(-\text{OH}\)).

Exercice 4 — Équilibrer une combustion complète

Équilibrer la combustion complète dans le dioxygène de :

  1. l'éthane \(\text{C}_2\text{H}_6\) ;
  2. le propène \(\text{C}_3\text{H}_6\).

1. Carbone : \(2\,\text{CO}_2\). Hydrogène : \(6/2 = 3\,\text{H}_2\text{O}\). Oxygène à droite : \(2\times2 + 3 = 7\) → \(\dfrac{7}{2}\,\text{O}_2\). On double :

\(2\,\text{C}_2\text{H}_6 + 7\,\text{O}_2 \rightarrow 4\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}\)

Vérif : C : 4 = 4 ; H : 12 = 12 ; O : 14 = 14.

2. Carbone : \(3\,\text{CO}_2\). Hydrogène : \(6/2 = 3\,\text{H}_2\text{O}\). Oxygène à droite : \(3\times2 + 3 = 9\) → \(\dfrac{9}{2}\,\text{O}_2\). On double :

\(2\,\text{C}_3\text{H}_6 + 9\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO}_2 + 6\,\text{H}_2\text{O}\)

Vérif : C : 6 = 6 ; H : 12 = 12 ; O : 18 = 18.

Exercice 5 — Combustion d'un alcool

Le bioéthanol est de l'éthanol \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\). (a) Rappeler pourquoi il faut tenir compte de l'oxygène du combustible. (b) Équilibrer sa combustion complète. (c) Écrire aussi la combustion complète du méthanol \(\text{CH}_4\text{O}\).

(a) L'alcool porte un groupe \(-\text{OH}\) : il apporte lui-même des atomes d'oxygène, qu'il faut compter à gauche dans le bilan des O.

(b) C : \(2\,\text{CO}_2\) ; H : \(6/2 = 3\,\text{H}_2\text{O}\). Oxygène à droite : \(2\times2 + 3 = 7\). À gauche l'éthanol apporte déjà 1 O, il faut donc \(7 - 1 = 6\) O du dioxygène, soit \(3\,\text{O}_2\) :

\(\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O}\)

Vérif : C : 2 = 2 ; H : 6 = 6 ; O : \(1 + 6 = 7\) à gauche, \(4 + 3 = 7\) à droite.

(c) Méthanol : C : \(1\,\text{CO}_2\) ; H : \(4/2 = 2\,\text{H}_2\text{O}\). O à droite : \(2 + 2 = 4\). Le méthanol apporte 1 O, il faut \(3\) O du dioxygène, soit \(\dfrac{3}{2}\,\text{O}_2\). On double :

\(2\,\text{CH}_4\text{O} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)

Vérif : C : 2 = 2 ; H : 8 = 8 ; O : \(2 + 6 = 8\) à gauche, \(4 + 4 = 8\) à droite.

Exercice 6 — Combustion incomplète

Faute d'aération, un chauffage au propane \(\text{C}_3\text{H}_8\) réalise une combustion incomplète produisant du monoxyde de carbone \(\text{CO}\) et de l'eau. (a) Pourquoi cette combustion est-elle dangereuse ? (b) Équilibrer l'équation \(\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO} + \text{H}_2\text{O}\).

(a) Elle produit du monoxyde de carbone \(\text{CO}\), gaz inodore et incolore, toxique et mortel. Elle dégage aussi moins d'énergie et des imbrûlés.

(b) Carbone : \(3\,\text{CO}\). Hydrogène : \(8/2 = 4\,\text{H}_2\text{O}\). Oxygène à droite : \(3\times1 + 4\times1 = 7\) → \(\dfrac{7}{2}\,\text{O}_2\). On double :

\(2\,\text{C}_3\text{H}_8 + 7\,\text{O}_2 \rightarrow 6\,\text{CO} + 8\,\text{H}_2\text{O}\)

Vérif : C : 6 = 6 ; H : 16 = 16 ; O : 14 = \(6 + 8 = 14\). On consomme moins de \(\text{O}_2\) que dans la combustion complète (qui en demandait 10), ce qui traduit le manque de comburant.

Exercice 7 — Réactif limitant

On brûle du méthane selon \(\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\). On introduit \(n(\text{CH}_4) = 4{,}0\ \text{mol}\) et \(n(\text{O}_2) = 6{,}0\ \text{mol}\).

(a) Déterminer le réactif limitant. (b) Calculer la quantité de \(\text{CO}_2\) formée. (c) Quelle quantité du réactif en excès reste-t-il ?

(a) Rapports : \(\dfrac{n(\text{CH}_4)}{1} = \dfrac{4{,}0}{1} = 4{,}0\) ; \(\dfrac{n(\text{O}_2)}{2} = \dfrac{6{,}0}{2} = 3{,}0\). Le plus petit est \(3{,}0\) : le dioxygène est limitant.

(b) On raisonne sur \(\text{O}_2\) : \(2\,\text{O}_2 \rightarrow 1\,\text{CO}_2\), donc \(n(\text{CO}_2) = \dfrac{n(\text{O}_2)}{2} = \dfrac{6{,}0}{2} = 3{,}0\ \text{mol}\).

(c) Méthane consommé : \(1\,\text{CH}_4\) pour \(2\,\text{O}_2\), soit \(\dfrac{6{,}0}{2} = 3{,}0\ \text{mol}\). Il reste \(4{,}0 - 3{,}0 = 1{,}0\ \text{mol}\) de méthane.

Exercice 8 — Fossile ou agrocarburant ?

Classer ces carburants en fossiles ou agrocarburants : gazole ; bioéthanol ; gaz naturel ; biodiesel d'huile de colza. Puis expliquer en quoi un agrocarburant est dit « renouvelable », et pourquoi son bilan environnemental doit malgré tout être nuancé.

Fossiles : gazole, gaz naturel. Agrocarburants : bioéthanol, biodiesel de colza.

Un agrocarburant vient de végétaux cultivés qui se reconstituent en une saison : la ressource est renouvelable, et la plante a absorbé du \(\text{CO}_2\) en poussant (cycle court du carbone).

À nuancer : la culture consomme terres, eau, engrais et énergie, entre en concurrence avec l'alimentation, et la combustion émet toujours du \(\text{CO}_2\) et des polluants. Le bénéfice réel dépend de tout le cycle de vie.

Problème type — CO₂ rejeté par une chaudière à méthane

Une chaudière domestique brûle du méthane \(\text{CH}_4\) selon la combustion complète \(\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\). Au cours d'une journée froide, elle consomme \(n(\text{CH}_4) = 50\ \text{mol}\) de méthane, avec du dioxygène en excès.

On donne les masses molaires : \(M(\text{CH}_4) = 16\ \text{g·mol}^{-1}\), \(M(\text{CO}_2) = 44\ \text{g·mol}^{-1}\).

(a) Quel est le réactif limitant ?
(b) Calculer la quantité de matière \(n(\text{CO}_2)\) formée.
(c) En déduire la masse de \(\text{CO}_2\) rejetée, en g puis en kg.
(d) Calculer la masse de méthane brûlée. Comparer masse de méthane brûlée et masse de \(\text{CO}_2\) émise : commenter.

(a) Le dioxygène étant en excès, le méthane est le réactif limitant : il fixe les quantités formées.

(b) Coefficients : \(1\,\text{CH}_4 \rightarrow 1\,\text{CO}_2\), donc \(n(\text{CO}_2) = n(\text{CH}_4) = 50\ \text{mol}\).

(c) \(m(\text{CO}_2) = n(\text{CO}_2)\times M(\text{CO}_2) = 50 \times 44 = 2200\ \text{g} = 2{,}2\ \text{kg}\).

(d) \(m(\text{CH}_4) = n(\text{CH}_4)\times M(\text{CH}_4) = 50 \times 16 = 800\ \text{g} = 0{,}80\ \text{kg}\). La masse de \(\text{CO}_2\) émise (\(2{,}2\) kg) est bien supérieure à celle du méthane brûlé (\(0{,}80\) kg) : à chaque molécule de méthane le carbone se combine à deux atomes d'oxygène de l'air, ce qui alourdit le produit. Brûler un carburant émet donc plus de \(\text{CO}_2\), en masse, que la masse de carburant consommée.