Exemple : l'énergie libérée par la combustion du méthane

Exemple complet : la combustion du méthane

Le méthane CH4 est le principal constituant du gaz naturel. Sa combustion complète s'écrit :

CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O

Vérifions d'abord que l'équation est équilibrée : carbone 1=1 ; hydrogène 4=2×2=4 ; oxygène, à gauche 2×2=4, à droite 2 (dans CO2) + 2×1 (dans 2 H2O) = 4. L'équation est bien équilibrée.

Compter les liaisons

Liaisons rompues (dans les réactifs) :

• CH4 possède 4 liaisons C-H : 4 × 413 = 1652 kJ
• 2 O2 possèdent 2 liaisons O=O : 2 × 498 = 996 kJ
• Total rompu : 1652 + 996 = 2648 kJ

Liaisons formées (dans les produits) :

• CO2 possède 2 liaisons C=O : 2 × 799 = 1598 kJ
• 2 H2O possèdent 4 liaisons O-H (2 par molécule) : 4 × 463 = 1852 kJ
• Total formé : 1598 + 1852 = 3450 kJ

Le calcul final

ΔrH = 2648 - 3450 = -802 kJ/mol

Le résultat est négatif : la combustion du méthane est bien exothermique, elle libère environ 802 kJ pour chaque mole de méthane brûlée. C'est cette énergie qui chauffe une casserole sur une gazinière, ou fait tourner une centrale électrique au gaz.

Pourquoi ce nombre est important

Cette valeur, appelée enthalpie standard de combustion, permet de comparer les combustibles entre eux : à masse égale, certains libèrent plus d'énergie que d'autres. Elle sert aussi à dimensionner une installation de chauffage, ou à évaluer les émissions de CO2 associées à une quantité d'énergie produite.

Erreur classique

Ne compte pas les liaisons "par molécule" en oubliant de multiplier par le nombre de molécules dans l'équation : ici, il y a 2 molécules de O2 et 2 molécules de H2O, donc leurs liaisons comptent double. Relis toujours les coefficients stœchiométriques avant de sommer les énergies.