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Établir la réaction de combustion

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Objectifs
  • Citer des exemples de combustibles usuels.
  • Écrire l’équation de réaction de combustion complète d’un alcane et d’un alcool.
Points clés
  • Une combustion est une réaction chimique exothermique (qui dégage de la chaleur) qui met en jeu un combustible et un comburant. Une énergie doit être apportée pour activer la combustion.
  • La combustion complète d’un hydrocarbure produit du dioxyde de carbone (CO2) et de l’eau (H2O).
Pour bien comprendre
  • Équations et coefficients stœchiométriques
  • Formule brute d’un alcool et d’un alcane
1. La combustion
a. Principe
Une combustion est une réaction chimique réalisée à partir d’un combustible (c’est le corps qui brule) et d’un comburant (c’est le corps qui aide à bruler). Le comburant est généralement le dioxygène O2.

Cette réaction nécessite un apport d’énergie pour se produire : c’est l’énergie d’activation.

L’absence de l’un de ces 3 éléments empêche la combustion de se réaliser.

Quand il y a assez de dioxygène (excès), on dit que la combustion est complète. Les éléments carbone C, hydrogène H et parfois oxygène O réagissent entièrement et la réaction de combustion produit uniquement du dioxyde de carbone CO2 et de l’eau H2O sous forme gazeuse.

Remarque
La combustion est un cas particulier de réaction d’oxydoréduction. On parle ici d’une réaction d’oxydoréduction par voie sèche car il n’y a pas de milieu aqueux.

De manière générale, une réaction d’oxydoréduction est une réaction qui se caractérise par un transfert d’électrons, d’un réducteur vers un oxydant. Le comburant est qualifié d’agent oxydant, le combustible s’oxyde donc et il y a un transfert d’électrons du comburant vers le combustible.
b. Exemples de combustibles usuels

On distingue différents types de combustibles usuels.

  • Les combustibles solides : le charbon, le bois, la paille, etc. 
  • Les combustibles liquides : les hydrocarbures (pétrole, essence, gazole, kérosène, fioul, etc.), les alcools (méthanol, éthanol, etc.), les esters (biodiesel).
  • Les gaz : le méthane, le propane, le butane, etc.
Remarque
Les combustibles fossiles contiennent essentiellement du carbone et proviennent des couches souterraines enfouies depuis des millions d’années.

On s’intéresse ici à la combustion des alcools et des alcanes, qui sont les combustibles organiques (combustibles fabriqués par les êtres vivants) les plus courants.

2. La réaction de combustion
a. Méthode

Pour écrire l’équation de la combustion d’un combustible, on respecte les étapes suivantes.

  1. Écrire la formule brute du combustible concerné.
  2. Écrire l’équation de la combustion.
    Pour écrire l’équation d’une combustion, on écrit :
    • les réactifs : le combustible et le comburant (dioxygène O2) à gauche de la flèche ;
    • les produits : le dioxyde de carbone CO2 et l’eau H2O à droite de la flèche.
  3. Équilibrer l’équation de la combustion.
    Pour équilibrer l’équation, on ajoute les coefficients stœchiométriques devant les réactifs et les produits.
Attention
Il faut commencer par équilibrer les atomes de carbone, puis les atomes d’hydrogène et enfin les atomes d’oxygène.
b. Combustion d'un alcane
La formule brute générale d’un alcane est CnH2n+2.
Remarque
De manière générale, l’équation de combustion d’un alcane CnH2n+2 sous forme gazeuse, solide ou liquide s’écrit de la manière suivante. 
CnH2n+2 + () O2(g)  n CO2(g) + (n+1) H2O(g)
avec n le nombre de carbones contenus dans l’hydrocarbure.
Exemples
Le méthane est un gaz de ville.
  1. Il est composé de 1 atome de carbone, donc n = 1.
    Sa formule brute est CH4.
  2. L’équation non équilibrée de sa combustion s’écrit :
    CH4(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g).
  3. Une fois équilibrée, l’équation de sa combustion s’écrit donc :
    CH4 + 2 O2(g)  CO2(g) + 2 H2O(g).

Le propane C3H8 est un gaz utilisé pour le chauffage.

  1. Il est composé de 3 atomes de carbone, donc n = 3.
    Sa formule brute est C3H8.
  2. L’équation non équilibrée de sa combustion s’écrit :
    C3H8(g) + O2(g)  CO2(g) + H2O(g).
  3. Une fois équilibrée, l’équation de sa combustion s’écrit donc :
    C3H8(g) + 5 O2(g)  3 CO2(g) + 4 H2O(g).
c. Combustion d'un alcool
La formule générale d’un alcool est CnH2n+2O.
Remarque
De manière générale, l’équation de combustion d’un alcool CnH2n+2O s’écrit de la manière suivante.
CnH2n+2+ () O2(g)  n CO2(g) (n+1) H2O(g)
avec n le nombre de carbones contenus dans l’alcool.
Exemples
L’éthanol est un solvant très utilisé dans la synthèse des médicaments mais aussi dans les biocarburants.
  1. La molécule d’éthanol est composée de 2 atomes de carbone, donc n = 2.
    Sa formule brute est C2H6O.
  2. L’équation non équilibrée de sa combustion s’écrit :
    C2H6O(l+ O2(g)  CO2(g) + H2O(g).
  3. Une fois équilibrée, l’équation de sa combustion s’écrit donc :
    C2H6O(l+ 3 O2(g)  2 CO2(g) 3 H2O(g).

Le butanol est un solvant très utilisé pour les vernis et peintures.

  1. La molécule de butanol est composée de 4 atomes de carbone, donc n = 4.
    Sa formule brute est C4H10O.
  2. L’équation non équilibrée de sa combustion s’écrit :
    C4H10O(l+ O2  CO2(g) + H2O(g).
  3. Une fois équilibrée, l’équation de sa combustion s’écrit donc :
    C4H10O(l+ 6 O2 → 4 CO2(g) 5 H2O(g).

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