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Chapitre 3 – Exercices par capacités

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) :

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.

  1. Nommer le comburant dans les deux cas.
  2. Quel produit forme le charbon de bois ?
  3. Quels produits forme le butane ?
  4. Pourquoi le charbon de bois ne forme-t-il pas d'eau ?

Exercice 2

En salle de TP, un binôme réalise les deux montages ci-dessous avec une bougie, faite d'hydrocarbures.

  1. Qu'observe-t-on sur le verre froid du montage 1 ? Quel produit est mis en évidence ?
  2. Qu'observe-t-on dans l'eau de chaux du montage 2 ? Quel produit est mis en évidence ?
  3. Pourquoi faut-il les deux montages pour montrer les produits de la combustion ?

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. »

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.

  1. S'agit-il d'une combustion complète ou incomplète ? Justifier par deux indices.
  2. Quels produits carbonés peuvent se former ?
  3. Quelle est la cause probable ? Que faut-il faire pour que la combustion redevienne complète ?

Exercice 5

Compléter le tableau comparatif.

CritèreCombustion complèteCombustion incomplète
Dioxygène……
Produits carbonés……
Dépôts……
Énergie libérée……
Danger principal……

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.

Combustion du carbone : \(\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\) — Combustion du méthane : \(\text{CH}_4 + 2\,\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\,\text{H}_2\text{O}\)

Exercice 6

Écrire l'équation de combustion complète du carbone (\(\text{C}\)), puis vérifier qu'elle est ajustée.

Exercice 7

Un élève propose, pour la combustion complète du propane : \(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 8\,\text{H}_2\text{O}\).

  1. Compter les atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène de chaque côté.
  2. L'équation est-elle juste ? Sinon, trouver l'erreur et la corriger.

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.

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.

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.

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.

CombustibleBois secMéthanePropaneButaneFioul
PC (kJ/kg)15 00050 00046 30045 70042 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.

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).

  1. Calculer l'énergie libérée par chacun.
  2. Lequel des deux lots libère le plus d'énergie ?
  3. Lequel des deux combustibles est le plus énergétique à masse égale ?

Exercice 13

Pendant un week-end de camping, un réchaud brûle 250 g de butane (PC = 45 700 kJ/kg).

  1. Calculer l'énergie libérée, en kJ puis en kWh.
  2. Un camarade trouve 11 425 000 kJ. Quelle erreur a-t-il faite ?

Exercice 14

Un chauffage d'appoint doit fournir une énergie \(E = 200\) kWh en brûlant du propane (PC = 46 300 kJ/kg).

  1. Convertir cette énergie en kJ.
  2. Calculer la masse de propane à brûler. Arrondir au dixième de kilogramme.

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.

  1. Calculer les masses molaires de \(\text{CO}_2\), de \(\text{C}_3\text{H}_8\) et de \(\text{C}_2\text{H}_6\).
  2. Quelle quantité de matière représentent 88 g de dioxyde de carbone ?

Exercice 16

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.

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.

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.

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. »

  1. Quelle erreur a-t-il faite ? Donner le bon résultat.
  2. La masse de \(\text{CO}_2\) trouvée dépasse celle du propane brûlé. Est-ce une erreur ? Expliquer.

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.

  1. Quel gaz est probablement en cause ?
  2. Pourquoi ce gaz est-il particulièrement dangereux ?
  3. Quelles mesures d'urgence prendre, et dans quel ordre ?

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.

Exercice 22

Vrai ou faux ? Justifier chaque réponse.

  1. On reconnaît le monoxyde de carbone à son odeur.
  2. Les premiers symptômes d'une intoxication au CO ressemblent à une simple fatigue.
  3. Une flamme bleue garantit qu'il n'y a pas de CO.
  4. En cas de suspicion, on évacue d'abord, puis on aère.

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.

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.

Exercice 25

Des bouteilles de butane sont stockées dans un atelier. Identifier les risques et les précautions à prendre.