Combustion du carbone et des hydrocarbures | 1ère Bac Pro ERA-MA | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Capacités du chapitre (codes du cours) :
C1 — Reconnaître une combustion et identifier ses produits par l'expérience
C2 — Écrire et ajuster l'équation de combustion d'un hydrocarbure
C3 — Calculer l'énergie thermique libérée par une combustion
C4 — Déterminer la masse de dioxyde de carbone dégagée
C5 — Prévenir les risques liés à une combustion incomplète
Pour aller plus loin, hors programme du groupement 3 : la combustion d'un combustible oxygéné (éthanol), l'équation d'une combustion incomplète d'hydrocarbure et le risque d'explosion d'un gaz.
C1 — Reconnaître une combustion et identifier ses produits par l'expérience
Rappel de cours
Une combustion est une réaction entre un combustible (bois, gaz, solvant) et un comburant, le dioxygène \(\text{O}_2\) de l'air. Elle libère de l'énergie thermique.
Combustion complète (dioxygène en excès) : le carbone donne du dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\), l'hydrogène donne de l'eau \(\text{H}_2\text{O}\). Le carbone seul ne donne jamais d'eau.
Deux tests, deux produits : l'eau de chaux, limpide, se trouble avec le \(\text{CO}_2\) ; une surface froide se couvre de buée avec l'eau. Un seul test ne prouve qu'un seul produit.
Combustion incomplète (dioxygène insuffisant) : il se forme du monoxyde de carbone \(\text{CO}\) et de la suie. La suie est le signe le plus sûr ; l'énergie libérée est réduite. La couleur de la flamme ne prouve rien : c'est au mieux un indice de réglage.
Exercice 1
Pour un barbecue, on brûle du charbon de bois, assimilé à du carbone pur \(\text{C}\). En camping, on utilise un réchaud au butane \(\text{C}_4\text{H}_{10}\). Les deux combustions sont complètes.
Nommer le comburant dans les deux cas.
Quel produit forme le charbon de bois ?
Quels produits forme le butane ?
Pourquoi le charbon de bois ne forme-t-il pas d'eau ?
Le dioxygène \(\text{O}_2\) de l'air.
Du dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\) seulement : \(\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\).
Du dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\) et de l'eau \(\text{H}_2\text{O}\).
Le carbone ne contient aucun atome d'hydrogène : sans hydrogène, pas d'eau. Le butane, lui, en contient dix par molécule.
Exercice 2
En salle de TP, un binôme réalise les deux montages ci-dessous avec une bougie, faite d'hydrocarbures.
Montage 1 : un verre froid au-dessus de la flamme. Montage 2 : les gaz de la combustion barbotent dans l'eau de chaux.
Qu'observe-t-on sur le verre froid du montage 1 ? Quel produit est mis en évidence ?
Qu'observe-t-on dans l'eau de chaux du montage 2 ? Quel produit est mis en évidence ?
Pourquoi faut-il les deux montages pour montrer les produits de la combustion ?
De la buée se dépose sur le verre : la vapeur d'eau produite s'y condense.
L'eau de chaux, limpide au départ, se trouble : c'est du dioxyde de carbone.
Chaque test ne montre qu'un produit : la buée ne dit rien du dioxyde de carbone, l'eau de chaux ne dit rien de l'eau. Il faut donc un test par produit.
Exercice 3
Deux élèves rédigent leur compte rendu de TP. Pour chaque phrase, dire si elle est juste, puis corriger celle qui est fausse.
Élève A : « L'eau de chaux s'est troublée, donc la combustion de la bougie produit du dioxyde de carbone et de l'eau. »
Élève B : « Le brûleur donne une flamme bleue, donc sa combustion est forcément complète. »
Élève A : faux. L'eau de chaux ne prouve que le dioxyde de carbone. Pour l'eau, il faut le test de la surface froide (buée). Phrase juste : « L'eau de chaux s'est troublée, donc la combustion produit du dioxyde de carbone. »
Élève B : faux. La couleur de la flamme est un indice de réglage, pas une preuve. Le monoxyde de carbone est incolore : l'œil ne le voit pas. Seul un appareil de mesure le détecte.
Exercice 4
Un menuisier utilise un brûleur à gaz dans un local mal ventilé. Il observe un dépôt noir sur les pièces de bois, et le local chauffe moins bien que d'habitude.
S'agit-il d'une combustion complète ou incomplète ? Justifier par deux indices.
Quels produits carbonés peuvent se former ?
Quelle est la cause probable ? Que faut-il faire pour que la combustion redevienne complète ?
Combustion incomplète. Le dépôt noir est de la suie, du carbone non brûlé : c'est le signe le plus sûr. Le local chauffe moins : l'énergie libérée est réduite.
Du monoxyde de carbone \(\text{CO}\), très toxique, de la suie et un peu de \(\text{CO}_2\).
Le local mal ventilé n'apporte pas assez de dioxygène. Il faut arrêter le brûleur et aérer ; avant toute remise en service, faire contrôler l'appareil et son arrivée d'air.
Exercice 5
Compléter le tableau comparatif.
Critère
Combustion complète
Combustion incomplète
Dioxygène
…
…
Produits carbonés
…
…
Dépôts
…
…
Énergie libérée
…
…
Danger principal
…
…
Critère
Combustion complète
Combustion incomplète
Dioxygène
En excès
Insuffisant
Produits carbonés
\(\text{CO}_2\) seul
\(\text{CO}\), suie, un peu de \(\text{CO}_2\)
Dépôts
Aucun
Suie noire
Énergie libérée
Maximale
Réduite
Danger principal
\(\text{CO}_2\), gaz à effet de serre
\(\text{CO}\), mortel
La couleur de la flamme n'est pas un critère : elle ne prouve rien.
C2 — Écrire et ajuster l'équation de combustion d'un hydrocarbure
Rappel de cours
Un hydrocarbure ne contient que des atomes de carbone et d'hydrogène : méthane \(\text{CH}_4\), propane \(\text{C}_3\text{H}_8\), butane \(\text{C}_4\text{H}_{10}\). Sa combustion complète s'écrit : combustible \(+\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\). Les atomes se conservent.
Ajuster en quatre étapes : 1. écrire réactifs et produits ; 2. le coefficient de \(\text{CO}_2\) est le nombre de C ; 3. le coefficient de \(\text{H}_2\text{O}\) est la moitié du nombre de H ; 4. compter tous les O des produits, puis en déduire le coefficient de \(\text{O}_2\). Un demi-coefficient se supprime en multipliant toute l'équation par 2.
Écrire l'équation de combustion complète du carbone (\(\text{C}\)), puis vérifier qu'elle est ajustée.
\(\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\)
Vérification : 1 C à gauche, 1 C à droite ✓ ; 2 O à gauche, 2 O à droite ✓
Exercice 7
Un élève propose, pour la combustion complète du propane : \(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}\).
Compter les atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène de chaque côté.
L'équation est-elle juste ? Sinon, trouver l'erreur et la corriger.
C : 3 et 3. H : 8 à gauche, \(8 \times 2 = 16\) à droite. O : 10 à gauche, \(3 \times 2 + 8 = 14\) à droite.
Non. L'élève a mis 8 \(\text{H}_2\text{O}\) : il a oublié que chaque molécule d'eau porte deux atomes H. Le coefficient de \(\text{H}_2\text{O}\) est la moitié du nombre de H : \(8 \div 2 = 4\). Il faut alors \(3 \times 2 + 4 = 10\) atomes O, soit 5 \(\text{O}_2\) :
\(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)
Exercice 8
Ajuster l'équation de combustion complète du propane (\(\text{C}_3\text{H}_8\)), combustible des chalumeaux de chantier, en détaillant les quatre étapes.
1. \(\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\)
2. 3 C → 3 \(\text{CO}_2\) 3. 8 H → 4 \(\text{H}_2\text{O}\) 4. oxygène des produits : \(3 \times 2 + 4 = 10\) atomes, donc 5 \(\text{O}_2\).
\(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)
Vérification : C : 3 = 3 ✓ ; H : 8 = 8 ✓ ; O : 10 = 6 + 4 = 10 ✓
Exercice 9
Ajuster l'équation de combustion complète du butane (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)), utilisé dans les brûleurs d'atelier. Les coefficients doivent être entiers.
4 C → 4 \(\text{CO}_2\) ; 10 H → 5 \(\text{H}_2\text{O}\) ; oxygène des produits : \(4 \times 2 + 5 = 13\) atomes, donc \(\frac{13}{2}\,\text{O}_2\).
On multiplie toute l'équation par 2 :
\(2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O}\)
Vérification : C : 8 = 8 ✓ ; H : 20 = 20 ✓ ; O : 26 = 16 + 10 = 26 ✓
Exercice 10
Ajuster l'équation de combustion complète de l'octane (\(\text{C}_8\text{H}_{18}\)). Les coefficients doivent être entiers. Vérifier chaque élément.
8 C → 8 \(\text{CO}_2\) ; 18 H → 9 \(\text{H}_2\text{O}\) ; oxygène des produits : \(8 \times 2 + 9 = 25\) atomes, donc \(\frac{25}{2}\,\text{O}_2\).
En multipliant toute l'équation par 2 :
\(2\,\text{C}_8\text{H}_{18} + 25\,\text{O}_2 \rightarrow 16\,\text{CO}_2 + 18\,\text{H}_2\text{O}\)
Vérification : C : 16 = 16 ✓ ; H : 36 = 36 ✓ ; O : 50 = 32 + 18 = 50 ✓
C3 — Calculer l'énergie thermique libérée par une combustion
Rappel de cours
Le pouvoir calorifique PC d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'un kilogramme de ce combustible, en kJ/kg.
\(E = m \times \text{PC}\) avec \(E\) en kJ, \(m\) en kg, PC en kJ/kg.
Conversions : 1 MJ = 1 000 kJ ; 1 kWh = 3 600 kJ. Une masse en grammes se convertit d'abord en kilogrammes : 500 g = 0,5 kg.
Combustible
Bois sec
Méthane
Propane
Butane
Fioul
PC (kJ/kg)
15 000
50 000
46 300
45 700
42 000
Ces valeurs sont fournies en évaluation : elles ne s'apprennent pas.
Exercice 11
Un chauffagiste met en route un générateur d'air chaud qui brûle 2 kg de propane (PC = 46 300 kJ/kg). Calculer l'énergie libérée en kJ, en MJ, puis en kWh.
\(E = m \times \text{PC} = 2 \times 46\,300 = \mathbf{92\,600}\) kJ, soit 92,6 MJ.
En kWh : \(92\,600 \div 3\,600 \approx \mathbf{25{,}7}\) kWh.
Exercice 12
On compare deux combustibles de chauffage : 5 kg de bois sec (PC = 15 000 kJ/kg) et 1 kg de butane (PC = 45 700 kJ/kg).
Calculer l'énergie libérée par chacun.
Lequel des deux lots libère le plus d'énergie ?
Lequel des deux combustibles est le plus énergétique à masse égale ?
Le butane : son pouvoir calorifique est environ trois fois plus grand. Le lot de bois l'emporte seulement parce qu'il pèse cinq fois plus.
Exercice 13
Pendant un week-end de camping, un réchaud brûle 250 g de butane (PC = 45 700 kJ/kg).
Calculer l'énergie libérée, en kJ puis en kWh.
Un camarade trouve 11 425 000 kJ. Quelle erreur a-t-il faite ?
\(m = 250\) g \(= 0{,}25\) kg. \(E = 0{,}25 \times 45\,700 = \mathbf{11\,425}\) kJ. En kWh : \(11\,425 \div 3\,600 \approx \mathbf{3{,}2}\) kWh.
Il a laissé la masse en grammes : \(250 \times 45\,700 = 11\,425\,000\). Le résultat est mille fois trop grand, car PC est en kJ par kilogramme.
Exercice 14
Un chauffage d'appoint doit fournir une énergie \(E = 200\) kWh en brûlant du propane (PC = 46 300 kJ/kg).
Convertir cette énergie en kJ.
Calculer la masse de propane à brûler. Arrondir au dixième de kilogramme.
\(E = 200 \times 3\,600 = 720\,000\) kJ.
De \(E = m \times \text{PC}\), on tire \(m = \dfrac{E}{\text{PC}} = \dfrac{720\,000}{46\,300} \approx \mathbf{15{,}6}\) kg de propane.
C4 — Déterminer la masse de dioxyde de carbone dégagée
Rappel de cours
La masse molaire \(M\) est la masse d'une mole, en g/mol ; celle d'une molécule est la somme de celles de ses atomes. Données : \(M(\text{H}) = 1\) g/mol ; \(M(\text{C}) = 12\) g/mol ; \(M(\text{O}) = 16\) g/mol.
\(n = \dfrac{m}{M}\) et \(m = n \times M\) avec \(n\) en mol, \(m\) en grammes, \(M\) en g/mol.
Méthode en quatre gestes : 1. écrire l'équation ajustée ; 2. calculer les masses molaires utiles ; 3. convertir la masse brûlée en quantité de matière ; 4. lire les proportions dans l'équation, puis revenir à une masse. Le coefficient de l'équation ne se saute pas.
Exercice 15
On donne \(M(\text{H}) = 1\) g/mol, \(M(\text{C}) = 12\) g/mol et \(M(\text{O}) = 16\) g/mol.
Calculer les masses molaires de \(\text{CO}_2\), de \(\text{C}_3\text{H}_8\) et de \(\text{C}_2\text{H}_6\).
Quelle quantité de matière représentent 88 g de dioxyde de carbone ?
On brûle complètement 12 g de carbone. Équation : \(\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\). Calculer la masse de \(\text{CO}_2\) produite.
\(n(\text{C}) = \dfrac{12}{12} = 1\) mol. D'après l'équation, 1 mol de C donne 1 mol de \(\text{CO}_2\) : \(n(\text{CO}_2) = 1\) mol.
\(m(\text{CO}_2) = n \times M = 1 \times 44 = \mathbf{44}\) g.
Exercice 17
Un artisan menuisier brûle 440 g de propane (\(\text{C}_3\text{H}_8\)) dans son chalumeau.
Équation : \(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\) ; \(M(\text{C}_3\text{H}_8) = 44\) g/mol ; \(M(\text{CO}_2) = 44\) g/mol.
Calculer la masse de \(\text{CO}_2\) dégagée.
Quantité de propane : \(n = \dfrac{440}{44} = 10\) mol.
1 mol de \(\text{C}_3\text{H}_8\) donne 3 mol de \(\text{CO}_2\) : 10 mol en donnent 30 mol.
Masse de \(\text{CO}_2\) : \(m = 30 \times 44 = \mathbf{1\,320}\) g = 1,32 kg.
Exercice 18
Un brûleur de chantier consomme 116 g de butane (\(\text{C}_4\text{H}_{10}\)).
Équation : \(2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O}\) ; \(M(\text{C}_4\text{H}_{10}) = 58\) g/mol ; \(M(\text{CO}_2) = 44\) g/mol.
Calculer la masse de \(\text{CO}_2\) produite.
Quantité de butane : \(n = \dfrac{116}{58} = 2\) mol.
D'après l'équation, 2 mol de \(\text{C}_4\text{H}_{10}\) donnent 8 mol de \(\text{CO}_2\).
Masse de \(\text{CO}_2\) : \(m = 8 \times 44 = \mathbf{352}\) g.
Exercice 19
Pour la combustion de 88 g de propane (\(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)), un élève écrit :
« \(n = \dfrac{88}{44} = 2\) mol, donc \(m(\text{CO}_2) = 2 \times 44 = 88\) g. »
Quelle erreur a-t-il faite ? Donner le bon résultat.
La masse de \(\text{CO}_2\) trouvée dépasse celle du propane brûlé. Est-ce une erreur ? Expliquer.
Il a sauté le coefficient de l'équation : 1 mol de propane donne 3 mol de \(\text{CO}_2\). Donc \(n(\text{CO}_2) = 3 \times 2 = 6\) mol et \(m(\text{CO}_2) = 6 \times 44 = \mathbf{264}\) g.
Non, c'est normal. Chaque atome de carbone se lie à deux atomes d'oxygène pris dans l'air : la masse de \(\text{CO}_2\) contient cet oxygène, qui ne venait pas du combustible.
C5 — Prévenir les risques liés à une combustion incomplète
Rappel de cours
Le monoxyde de carbone \(\text{CO}\), produit par une combustion incomplète, est incolore, inodore et mortel. Il se fixe sur l'hémoglobine du sang à la place du dioxygène. Les symptômes (maux de tête, vertiges, nausées) ressemblent à une fatigue ordinaire.
Prévenir : ne jamais boucher une entrée d'air ; faire entretenir appareils et conduits ; respecter la notice ; installer si nécessaire un détecteur conforme. Le détecteur de CO est fortement recommandé près d'un appareil à combustion ; contrairement au détecteur de fumée, il n'est pas obligatoire en France.
Réagir, dans l'ordre : aérer ; arrêter l'appareil si cela peut se faire sans danger ; évacuer le local ; appeler les secours (15, 18 ou 112). Ne pas revenir avant l'avis d'un professionnel.
Exercice 20
Dans un atelier de menuiserie, un employé se plaint de maux de tête et de nausées. Le brûleur à gaz fonctionne depuis plusieurs heures dans un local fermé.
Quel gaz est probablement en cause ?
Pourquoi ce gaz est-il particulièrement dangereux ?
Quelles mesures d'urgence prendre, et dans quel ordre ?
Le monoxyde de carbone (CO) : dans un local fermé, le dioxygène manque et la combustion devient incomplète.
Le CO est incolore et inodore : aucun sens ne le détecte. Il se fixe sur l'hémoglobine à la place du dioxygène : l'intoxication est rapide et peut être mortelle.
Aérer immédiatement ; arrêter le brûleur si cela peut se faire sans danger ; évacuer tous les occupants ; appeler le 15, le 18 ou le 112. Ne pas revenir sans l'avis d'un professionnel.
Exercice 21
Pour chaque situation, dire si le risque de monoxyde de carbone est augmenté, puis proposer la mesure de prévention adaptée.
A — Pour garder la chaleur, on bouche la grille d'entrée d'air d'une pièce chauffée par un poêle.
B — Une chaudière n'a pas été entretenue depuis plusieurs années.
C — Un chauffage d'appoint au gaz fonctionne deux heures dans une pièce fermée.
D — Un poêle entretenu chaque année fonctionne dans une pièce bien ventilée, avec un détecteur conforme.
A — Risque augmenté : le dioxygène manque, la combustion devient incomplète. Ne jamais boucher une entrée d'air.
B — Risque augmenté : un appareil encrassé brûle mal. Faire entretenir l'appareil et son conduit.
C — Risque augmenté : le dioxygène de la pièce s'épuise. Aérer et respecter la notice de l'appareil.
D — Risque réduit : c'est la situation qui respecte les mesures de prévention. Le détecteur reste utile, car le CO ne se voit ni ne se sent.
Exercice 22
Vrai ou faux ? Justifier chaque réponse.
On reconnaît le monoxyde de carbone à son odeur.
Les premiers symptômes d'une intoxication au CO ressemblent à une simple fatigue.
Une flamme bleue garantit qu'il n'y a pas de CO.
En cas de suspicion, on évacue d'abord, puis on aère.
Faux : le CO est inodore.
Vrai : maux de tête, vertiges, nausées. C'est pourquoi la victime réagit souvent trop tard.
Faux : la couleur de la flamme ne prouve rien, et le CO est incolore. Seul un appareil de mesure le détecte.
Faux : on aère d'abord, on arrête l'appareil si c'est sans danger, puis on évacue et on appelle les secours.
Pour aller plus loin — hors programme du groupement 3
Rappel
Ces notions ne sont pas au programme du groupement 3 : elles ne sont pas évaluées.
Un combustible oxygéné, comme l'éthanol, contient déjà des atomes d'oxygène : on les compte à l'étape 4. Une combustion incomplète d'hydrocarbure peut aussi s'écrire avec une équation. Enfin, un mélange de gaz combustible et d'air peut exploser s'il est enflammé, lorsque sa concentration se situe entre la limite inférieure d'explosivité (LIE) et la limite supérieure d'explosivité (LSE).
Exercice 23
Écrire et ajuster l'équation de combustion complète de l'éthanol (\(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\)), présent dans certains vernis à bois.
2 C → 2 \(\text{CO}_2\) ; 6 H → 3 \(\text{H}_2\text{O}\) ; oxygène des produits : \(2 \times 2 + 3 = 7\) atomes. L'éthanol en apporte déjà 1 : il en manque 6, soit 3 \(\text{O}_2\).
\(\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O}\)
Vérification : C : 2 = 2 ✓ ; H : 6 = 6 ✓ ; O : 1 + 6 = 7 = 4 + 3 ✓
Exercice 24
Écrire et ajuster l'équation de combustion incomplète du méthane (\(\text{CH}_4\)) qui produit du monoxyde de carbone et de l'eau.
1 C → 1 CO ; 4 H → 2 \(\text{H}_2\text{O}\) ; oxygène des produits : \(1 + 2 = 3\) atomes, donc \(\frac{3}{2}\,\text{O}_2\). En multipliant toute l'équation par 2 :
\(2\,\text{CH}_4 + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO} + 4\,\text{H}_2\text{O}\)
Vérification : C : 2 = 2 ✓ ; H : 8 = 8 ✓ ; O : 6 = 2 + 4 ✓
Avec encore moins d'air, il peut aussi se former de la suie : \(\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{C} + 2\,\text{H}_2\text{O}\).
Exercice 25
Des bouteilles de butane sont stockées dans un atelier. Identifier les risques et les précautions à prendre.
Risques :
Fuite de gaz → mélange air–gaz explosif. Le butane est plus lourd que l'air : il s'accumule au sol.
Explosion en cas de flamme nue, d'étincelle ou d'échauffement de la bouteille.
Précautions :
Stocker les bouteilles debout, à l'extérieur ou dans un local ventilé en partie basse.