LES ALCANES ET LEUR COMBUSTION

I. Les hydrocarbures

A. Définition

Un hydrocarbure est un corps $\textbf{constitué uniquement}$ des seuls atomes $\textbf{d’hydrogène (H)}$ et de $\textbf{carbone (C).}$

Evemple : $CH_{4}$; $C_{2}H_{2}$; $C_{2}H_{4}$; $C_{6}H_{6}$

B. Comment vérifier la composition d’un hydrocarbure ?

Lors de la combustion du butane dans l’air les produits formés sont :

Le carbone (C)
L’eau ($H_{2}O$)
Le dioxyde de carbone ($CO_{2}$)

$\textbf{Schéma de la réaction :}$ butane + dioxygène $\rightarrow$ $CO_{2}$ + $H_{2}O$ + $C$

Les atomes d’$\textbf{oxygène}$ peuvent provenir de l’$\textbf{air}$ par contre les atomes de $\textbf{carbone}$ et d’$\textbf{hydrogène}$ ne peuvent provenir que du $\textbf{butane}$, ce qui prouve que le butane est formé d’atome de carbone et d’hydrogène.

$\textbf{Remarque :}$

La présence de carbone est la preuve d’une $\textbf{combustion incomplète.}$

Si on réalise à nouveau l’expérience avec le dioxygène en excès, on constate qu’il ne se forme plus que de dioxyde de carbone et de l’eau : on dit dans ce cas que la $\textbf{combustion est complète.}$

II. Les alcanes

Les alcanes forment une famille des hydrocarbures.

A. Le méthane

C’est le plus simple des alcanes .Sa molécule comprend un atome de carbone et quatre atomes d’hydrogène.

Sa formule brute est: $CH_4$_.

Sa formule developpée est :
Sa representation spatiale est:

Chaque tiret entre les atomes represente une liaison chimique .

Le carbone est liée à 4 atomes : Il est tétravalent.

B. L’éthane

La molécule d’éthane comprend 2 atomes de carbone et 6 atomes d’hydrogène.

sa formule brute est C₂H₆

Sa formule développée est :

C. Le propane

La molécule du propane comprend 3 atomes de carbone et 8 atomes d’hydrogène.

Sa formule brute est: $C_3H_8$

Sa formule développée est :

D. Le butane

La molécule du butane comprend 4 atomes de carbone et 10 atomes d’hydrogène.

sa formule brute est C₄H₁₀

Sa formule développée à :

- chaine linéaire est :

son nom est le n-butane ou butane normale.

- chaine ramifiée est :

Son nom est l’isobutane.

Le butane normal et l’isobutane ont la même formule brute $C_4H_1$$_0$ mais des formules développées différentes : ce sont des isomères.

Définition

Des isomères sont des corps ayant la même formule brute mais des formules développées différentes.

E. Les isomères

On appelle isomères des corps de $\textbf{même formule brute}$ mais de $\textbf{formule développées différentes.}$

$\textbf{Remarque :}$

Tous les alcanes dont le nombre d’atome de carbone est supérieur à quatre(04) possèdent des isomères.

Noms	Formule brute	Formule développée
Méthane	$CH_{4}$	1 formule
Ethane	$C_{2}H_{6}$	1 formule
Propane	$C_{3}H_{8}$	1 formule
Butane	$C_{4}H_{10}$	2 formules
Pentane	$C_{5}H_{12}$	3 formules

Application :

Un alcane possède au total 17 atomes

a-Déterminer sa formule brute puis le nommer

b-Écrire les formules développées de ses isomères

III. Combustion complète des alcanes : Equation bilan

La combustion complète d’un alcane dans l'air ou dans le dioxygène produit de la vapeur d'eau $(H_{2}O)$ et du dioxyde de carbone $(CO_{2})$. L'équation générale de la combustion complète d'un alcane est :

$C_{n} H_{2n+2}$ + $(\frac{3n+1}{2})O_{2}$ $\longrightarrow$ $nCO_{2}$ + $(n+1) H_{2}O$

Exemple : n=1 $CH_{4} + 2O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2H_{2}O$ ;

N=2 $2C_{2}H_{6} + 7O_{2} \rightarrow 4CO_{2} + 6H_{2}O$ ;

Équation-bilan de la réaction de combustion des cinq premiers alcanes :

$CH_{4} + 2O_{2} \rightarrow CO_{2} + 2H_{2}O$

$2C_{2}H_{6} + 7O_{2} \rightarrow 4CO_{2} + 6H_{2}O$

$C_{3}H_{8} + 5O_{2} \rightarrow 3CO_{2} + 4H_{2}O$

$2C_{4}H_{10} + 13O_{2} \rightarrow 8CO_{2} + 10H_{2}O$

$C_{5}H_{12} + 8O_{2} \rightarrow 5CO_{2} + 6H_{2}O$

$\textbf{Méthode pratique : Comment équilibrer une équation bilan de combustion complète d’un alcane ?}$

Pour équilibrer une équation de ce genre, on commence par équilibrer les atomes de carbone (C) d'abord puis les atomes d’hydrogène (H) ensuite et enfin, on termine par les atomes d’oxygène (O).

IV. EXERCICES D’APPLICATION

$\textbf{Questions de cours : }$

Définir : hydrocarbure ; isomère ;
Donner la formule générale des alcanes
Un alcane a 2 atomes de carbone, écrire sa formule brute ainsi l’équation de sa combustion complète
Le pentane est un hydrocarbure renfermant 5 atomes de carbone.
1. Écrire sa formule brute
2. Écrire l'équation de la réaction de combustion du pentane.
L’octane est un alcane liquide présent dans l’essence de voiture sa molécule comporte 8 atomes de carbone.

Écrire sa formule brute et trois de ses formules développées.

Exercice 1 : Un alcane a 23 atomes au total dans sa molécule.