LC02 : Energie chimique

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Biblio

• Première generale, Nathan : p176 énergie dans la matière organique, pouvoir calorifique. p184 diagramme intéressant
• Term spé Belin : autour de 210, conversion réciproque d’énergie électro-chimique

Prérequis :

• Piles : équations d’oxydo-réduction
• Elec
• Premier principe ?

Odg intéressants :

• Gazinière, et le temps qu’il faut pour faire bouillir 1L d’eau.Données butagaz
• Energie dans une pile
• Combustion sucre? En conclusion plutot

L’énergie est au coeur des problématiques contemporaines auxquelles nous faisons face : nous cherchons de plus en plus de méthodes propres pour la produire, la stocker, l’économiser, car les utilisations jusqu’ici étaient peu respectueuses de l’environnement. Par exemple, en Allemagne, 50% de l’énergie produite dans es centrales à charbon, qui émettent beaucoup de CO2 comme nous allons le voir (4.7T/habitant en 2019 juste pour la combustion Aujourd’hui, on va voir ce que la chimie apporte à cette large problématique, en allant de l’énergie stockée dans la matière organique à son stockage artificiel.

I Energie dans la matière organique

Vous avez sûrement tous été en hiver au coin d’un feu pour vous réchauffer. Donc intuitivement, on sait que cette réaction dite de combustion libère de l’énergie. On va dans cette partie essayer de caractériser ce phénomène. Prenons comme exemple la réaction de combustion de l’éthanol.

1) Réaction de combustion

Réaction de combustion complète d’un composé : réaction avec O2 qui donne comme produits H2O et/ou CO2. Méthode pour déterminer l’équation de réaction. Exemple éthanol, et H2 en remarque pour dire que ce n’est pas grve si pas de CO2 ( en fait pour produire CO2 besoin de carbone dans le réactif)

Combustible, comburant. Photo : gazinière, feu (avec qui est combustible et qui est comburant). Ca chauffe, donc produit de l’énergie. Mais pourquoi? et comment la quantifier?

2) Origine de l’énergie de réaction

Def Energie molaire de liaison, on en casse donc ça coute de l’énergie, on en crée, ça stabilise le système donc ça libère de l’énergie. Si on fait un bilan (un peu comme un compte en banque : ce qu’on a dépensé et ce qu’on a gagné), c’est différent entre le début et la fin.

3) Energie libérée par une combustion

Calcul de l’énergie libérée par une réaction : Exemple de la combustion du méthane (gazinière, plus pédagogique car coef faciles), avec le diagramme, mais fait au tableau. Point méthode

A quoi ça sert? Et bien tout ça, on l’utilise pour chauffer une casserole d’eau par exemple. On def le pouvoir calorifique. Cohérent avec ce qu’on a trouvé? Oui. (cf butagaz). Calcul de monter 1kg d’eau de 20 à 100°C? Ou mesure PC éthanol… A voir…(au programme de terminale générale, alors que cette grande partie est plutot première…)

4) Vers une énergie plus verte

Problème : libération de CO2 (gaz à effet de serre), calcul, et vérification Butagaz. Là c’est un usage domestique, mais il existe carrément des usines à charbon !

Première solution : combustion du dihydrogène. En fait, c’est une réaction d’oxydo réduction (la combustion) ! Cherchons de ce côté…

II Energie électro-chimique

On a déjà vu le fonctionnement d’une pile. On va maintenant quantifier l’énergie qu’elle peut nous fournir.

1) Capacité d’une pile

Quantité d’électricité disponible : définition, calcul sur un exemple simple, pile Daniell? (ou pile à dihydrogène?). E=QmaxU, Q la charge dispo max (IDeltaT), faire avec les concentrations. 0.1M bien en général pour Daniell. En mettre deux en série pour une LED.

En fait pas une pile, accumulateur ! On veut stocker de l’énergie, et pouvoir recharger

2) Recharge et électrolyse

Electrolyse de l’eau, calcul du rendement? Important d’avoir le meilleur rendement car on ne veut pas perdre de l’énergie. Et ça c’est pour les futures tutures, mais problème car dangeureux… On peut aussi montrer la décharge sur la voiture.

Ouverture

On n’a parlé que d’utilisation, donc oui la pile est plus verte quand on l’utilise. Mais il faut aussi regarder du côté de la conception, du recyclage, qui ne sont pas évidents car en pratique on utilise des matériaux rares et qui se recyclent mal. Donc aujourd’hui tout le débat réside dans le fait de savoir si on fait bien de se tourne vers cette solution, qui en plus est délicate car il faut fournir plus d’électricité.

Diapo : Lien du PDF

pptx : slides.pptx

Photos et notes expérience électrolyse : Lien du PDF