Solutions des exercices : Les hydrocarbures 3e

Classe: 
Troisième

Exercice 1

 

Exercice 2

1) CnH2n+1 + (6n+14)O2 nCO2 + (2n+12)H2OCnH2n+1 + (6n+14)O2 nCO2 + (2n+12)H2O
 
2) CnH2n + (3n2)O2 nCO2 + nH2O
 
3) CnH2n2 + (3n12)O2 nCO2 + (n1)H2O

Exercice 3

C2H4 éthylène ; C2H2 acétylène et C5H12 pentane sont les seuls hydrocarbures parmi les corps suivants :
 
C2H4 éthylène ; C2H6O alcool ; C2H2 acétylène ; C6H6 benzène ; CS2 sulfure de carbone ; C5H12 pentane et H2S sulfure d'hydrogène.

Exercice 4

Donnons la formule chimique :
 
1) d'un alcane dont la molécule renferme 6 atomes de carbone.
 
Soit CnH2n+2 un alcane avec 6 atomes de carbone donc, n=6.
 
Par suite, 2n+2=2×6+2=14
 
D'où, la formule chimique est : C6H14
 
2) d'un alcène dont la molécule renferme 8 atomes d'hydrogène.
 
La formule générale d'un alcène est CnH2n, or la molécule renferme 8 atomes d'hydrogène donc 2n=8  n=82=4
 
D'où, la formule chimique de cet alcène est : C4H8
 
3) d'un alcyne dont la molécule renferme 5 atomes de carbone.
 
La formule générale d'un alcyne est CnH2n2 or, la molécule renferme 5 atomes de carbone donc n=5  2n2=2×52=8
 
D'où, la formule chimique de cet alcyne est : C5H8

Exercice 5

1) Trouvons la formule chimique de cet hydrocarbure
 
Soit CxH8 dont M=80g/mol
 
On a :
 
MCxH8=12×x+8×1=8012x=808=72x=7212x=6
 
D'où, la formule chimique de cet hydrocarbure est : C6H8
 
2) Calculons le volume de dioxyde de carbone obtenu. 
 
Soit l'équation bilan suivante :
C6H8 + 8O2  6CO2 + 4H2O
On a :
 
nC6H81=nCO266nC6H8=nCO2×1  or  nC6H8=mC6H8MC6H86×mC6H8MC6H8=nCO2  or  nCO2=VCO2VMCO2 (CNTP)6×mC6H8MC6H8=VCO2VMCO2VCO2=6×VMCO2×mC6H8MC6H8
 
A.N : VCO2=6×22.4×20.582=33.6
 
Donc, VCO2=33.6l
 
3) Donnons la formule chimique d'un alcane dont la masse molaire est 72g/mol.
 
La formule générale d'un alcane est C2nH2n+2
 
On a :
 
MCnH2n+2=12n+2n+2=72g/mol14n+2=7214n=70n=7014=5
 
D'où, la formule chimique de cet hydrocarbure est : C5H12

Exercice 6

Soit l'équation bilan suivante :
CnH2n+2 + (3n+12)O2  nCO2 + (n+1)H2O
Trouvons la formule brute
 
On a :
 
nCnH2n+21=nCO2nn×nCnH2n+2=nCO2×1  or  ngaz=VgazVMgaznVCnH2n+2VMC2H2n+2=VCO2VMCO2nVCnH2n+2=VCO2n=VCnH2n+2VCO2
 
A.N : n=6817=4
 
D'où, la formule brute de cet alcane est : C4H10

Exercice 7

1) Écrivons l'équation bilan de la combustion complète du butane
C4H10 + 132O2  4CO2 + 5H2O
2) Trouvons le volume de dioxygène, mesuré dans les conditions normales, nécessaire pour la combustion complète.
 
Soit l'équation bilan C4H10 + 132O2  4CO2 + 5H2O alors, dans les conditions stœchiométriques on a :
 
nC4H101=nO213213nC4H10=2nO2×1  or  nC4H10=mC4H10MC4H1013×mC4H10MC4H10=2nO2  or  nO2=VO2VMO2 (CNTP)13×mC4H10MC4H10=2VO2VMO2VO2=13×VMO2×mC4H102×MC4H10
 
avec MC4H10=58g/mol  et  VMO2=22.4mol/l 
 
A.N : VO2=13×22.4×131032×58=32634.482
 
Donc, VO2=32634.5l
 
Déduisons en le volume d'air nécessaire.
 
Dans la composition de l'air on a 21% de O2.
 
Donc, VO2Vair×100=21  Vair=VO2×10021
 
A.N : Vair=32634.5×10021=155402.4
 
D'où, Vair=155402.4l

Exercice 8

On a C12H26
 
Posons :
 
n=122n=242n+2=26
 
Alors, cet hydrocarbure peut s'écrire sous la forme CnH2n+2 donc il appartient à la famille des alcanes.
 
Calculons masse minimale de dioxygène qu'il faut prévoir pour brûler les 600 tonnes de kérosène.
 
Équation bilan de la réaction : C12H26 + 372O2  12CO2 + 13H2O
 
Pour une combustion complète du kérosène, on a :
 
nC12H261=nO237237nC12H26=2nO2×1  or  nC12H26=mC12H26MC12H2637×mC12H26MC12H26=2×mO2MO2mO2=37×MO2×mC12H262×MC12H26
 
avec MC12H26=12×12+26×1=170g/mol  et  MO2=2×16mol/l
 
A.N : mO2=37×32×6001062×170=2089411.765
 
Donc, mO2=2.089tonnes

Exercice 9

1) Écrivons l'équation bilan de la combustion complète du composé A
 
A est un hydrocarbure donc A est de la forme CxHy
(x+y4)O2+CxHyxCO2+y2H2O
2) Déterminons le volume de O2 réagi et de CO2 formé.
 
Après refroidissement, on constate qu'il reste dans l'eudiomètre un mélange gazeux constitué de 40cm3 de dioxyde de carbone et 20cm3 de dioxygène.
 
Donc le volume de O2 réagi est donné par VO2=80cm320cm3=60cm3 et le volume de CO2 formé reste égal à 40cm3.
 
3) Déterminons la formule brute du composé A
 
Soit n le nombre de mols et V le volume de gaz, alors n=VVm
 
Cherchons x
 
On a :  n(O2)x+y4=n(CxHy)=n(CO2)x
 
Or,  n(CxHy)=VCxHyVm
 
Donc, n(CO2)x=VCxHyVm  avec,  n(CO2)=VCO2Vm
 
Par suite,
 
VCxHyVm=VCO2VmxVCxHyVm=VCO2Vm×xVCxHy=VCO2xx=VCo2VCxHy
 
A.N : x=4010=4  x=4
 
Cherchons y
 
On a :
 
n(O2)x+y4=n(CO2)xxn(O2)=4x+y4[n(CO2)]x(VO2)Vm=4x+y4(VCO2Vm)xVO2Vm=(4x+y)(VCO2)4Vm60x=(4x+y)404240x=40(4x+y)
 
Or, x=4 donc 960=640+40y  y=96064040
 
D'où, y=8
 
La formule brute de A est donc : C4H8

Exercice 10

Complétons les phrases ci-dessous
 
1) Les hydrocarbures sont des composés ne contenant que les éléments carbone et hydrogène. Les alcanes ont pour formule générale CnH2n+2.
 
2) Les alcènes ont pour formule générale CnH2n
 
3) L'acétylène de formule C2H2 est un hydrocarbure appartenant à la famille des alcynes.
 
4) La combustion complète d'un hydrocarbure dans le dioxygène donne du dioxyde de carbone et de l'eau.
 
5) Si la combustion est incomplète, il se forme entre autres des fumées noires de carbone.

Exercice 11

1) Un hydrocarbure est un corps organique dont la molécule ne renferme que du carbone et de l'hydrogène.
 
2) Citons trois familles d'hydrocarbures et précisons leurs formules générales :
 
  Les alcanes sont des hydrocarbures de formule générale CnH2n+2.
 
  Les hydrocarbures dont la formule générale est CnH2n sont appelés alcènes.
 
  Parmi les familles d'hydrocarbures, il existe celle dont la formule générale est CnH2n2 : c'est la famille des alcynes.
 
3) En précisant leurs familles, déterminons ceux qui sont des hydrocarbures parmi les corps suivants :
 
 C3H4  cette molécule est composée de trois atomes de carbone et quatre atomes d'hydrogène. Donc, c'est un hydrocarbure.
 
Soit : n=32n=2×3=6
 
Or, 4=624=2n2 donc, cette molécule appartient à la famille à la famille des hydrocarbures dont la formule générale est CnH2n2 : c'est un alcyne
 
 CO2 : dans cette molécule, il y a un atome de carbone et deux atomes d'oxygène : elle n'est pas un hydrocarbure.
 
 NH3 : il y a un atome d'azote et trois atomes d'hydrogène dans cette molécule. elle n'est pas hydrocarbure.
 
 H2O : la molécule d'eau est composée de deux atomes d'hydrogène et un atome de d'oxygène : l'eau n'est pas un hydrocarbure.
 
 C2H2 : cette molécule est composée de deux atomes de carbone et deux atomes d'hydrogène : c'est un hydrocarbure.
 
Soit : n=22n=4  et  2=42=2n2.
 
D'où, ce composé appartient à la famille des alcynes dont la formule générale est CnH2n2.
 
 O2 : Le dioxygène est une molécule diatomique. Donc il n'est pas hydrocarbure.
 
 CH4 : il y a un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène dans cette molécule : c'est un hydrocarbure.
 
Soit : n=12n=2  et  4=2+2.
 
D'où la formule générale de cet hydrocarbure est CnH2n+2 : c'est un alcane.

Exercice 12

1) Identification d'un alcane
 
a) Déterminons l'expression de la masse molaire moléculaire d'un alcane possédant n atomes de carbone :
 
Soit un alcane de formule général CnH2n+2 alors, sa masse molaire moléculaire est :
 
M(CnH2n+2)=12×n+1(2n+2)=12n+2n+2=14n+2
 
Donc, M(CnH2n+2)=14n+2
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcane dont la masse molaire est M=30gmol1
 
On a : M(CnH2n+2)=14n+2  or, M(CnH2n+2)=30 donc,
 
14n+2=3014n=302=28n=2814n=2
 
Ainsi, n=2
 
D'où : la formule brute de cet alcane est :
C2H6
2) identification d'un alcène
 
a) Déterminons l'expression de sa masse molaire
 
Soit un alcène de formule général CnH2n alors, sa masse molaire est donnée par :
 
M(CnH2n)=12×n+1×2n=12n+2n=14n
 
Donc, M(CnH2n)=14n
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcène dont la masse molaire est 28gmol1
 
Soit : M(CnH2n)=14n. Comme M=28 alors, on a :
 
14n=28n=2814n=2
 
Donc, n=2
 
D'où, la formule brute de cet alcène est :
C2H4
3) Identification d'un alcyne
 
a) Déterminons l'expression de la masse molaire d'un alcyne possédant n atomes de carbone
 
On a :
 
M(CnH2n2)=12×n+1(2n2)=12n+2n2=14n2=14n2
 
Donc, M(CnH2n2)=14n2
 
b) En déduisons la formule brute d'un alcyne de masse molaire M=26gmol1
 
Soit M(CnH2n2)=14n2  or, M=26 donc, on a :
 
14n2=2614n=26+2=28n=282n=2
 
Donc, n=2
 
D'où, la formule brute est donnée par :
C2H2
4) La densité d'un alcane gazeux est 2
 
a) Rappelons la formule de la densité d'un gaz par rapport à l'air :
d=M29
b) Trouvons la formule brute de l'alcane :
 
On a :
 
d=M29=2M=29×2M=58=14n+2582=14nn=5614n=4
 
Donc, n=4
 
Ainsi, la formule brute de l'alcane est donnée par :
C4H10

Exercice 13

Complétons et équilibrons les équations
 
C3H8 + 5O2  3CO2 + 4H2O
 
C2H4 + 3O2  2CO2 + 2H2O
 
C2H2 + 52O2  H2O + 2CO2
 
C4H10 + 132O2  4CO2 + 5H2O

Exercice 14

Le méthane CH4 brule dans le dioxygène O2 en donnant du dioxyde de carbone CO2 et de l'eau H2O.
 
1) Écrivons l'équation bilan de la réaction
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O
2) Donnons l'interprétation du bilan en mole
 
Une mole de méthane réagit avec deux moles de dioxygène pour donner une mole de dioxyde de carbone et deux moles d'eau.
 
Ainsi,
n(CH4)1=n(O2)2=n(CO2)1=n(H2O)2
3) On dispose de trois moles de méthane.
 
a) Déterminons la quantité de matière de dioxygène nécessaire pour que la combustion soit complète.
 
D'après la question 2), on a :
 
n(CH4)1=n(O2)2  n(O2)=2n(CH4)
 
A.N : n(O2=2×3=6
 
D'où,
n(O2)=6mol
b) Calculons :
 
  Le volume de dioxyde de carbone
 
On a : n=VVM  V=n×VM  avec, VM=24Lmol1
 
Détermination de n(CO2) 
 
On a : n(CH4)1=n(CO2)1  n(CO2)=n(CH4)=3mol
 
A.N : V(CO2)=3×24
 
Ainsi,
V(CO2)=72L
  La masse d'eau formée
 
On a : n=mM  m=n×M  or,
 
M(H2O)=2M(H)+M(O)=2×1+16=18gmol1
 
De plus, n(H2O)=2n(CH4)=2×3=6mol, d'après le bilan molaire.
 
Donc, m(H2O)=6×18=108
 
D'où,
m(H2O)=108g

 

 
 
 


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