Karamö, le prof virtuelLeçon 13 sur 17
Un gaz combustible : le butane
Je sais décrire le butane, expliquer comment il est stocké dans les bouteilles, écrire le bilan de sa combustion complète et incomplète, et utiliser le gaz sans danger.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Connaître l'origine et les propriétés physiques du butane
- Expliquer pourquoi le butane est liquide dans la bouteille et gazeux à la sortie
- Écrire le bilan de la combustion complète du butane et identifier ses produits
- Reconnaître une combustion incomplète et appliquer les règles de sécurité
Avant de commencer : Les leçons « Les changements d'état physique », « Étude générale des combustions dans l'air » (combustion complète et incomplète, conservation de la masse) et « Les combustibles usuels ».
1Je découvre
Mamadou accompagne son père au dépôt de gaz de son quartier, à Kamsar, pour échanger la bouteille vide contre une pleine. En portant la bouteille pleine, il la sent lourde et, en la penchant un peu, il entend un bruit de liquide qui bouge à l'intérieur. Pourtant, à la maison, c'est du gaz qui sort du brûleur et qui brûle avec une jolie flamme bleue.
Un jour, la mère de Mamadou sent une odeur désagréable dans la cuisine. Elle ferme aussitôt le robinet de la bouteille, ouvre la porte et la fenêtre, et interdit à tout le monde d'allumer la lumière. Mamadou ne comprend pas : « Le gaz a une odeur ? Et pourquoi ne pas allumer la lumière ? »
Qu'est-ce que le butane, comment est-il stocké et comment brûle-t-il ?
2Je comprends
1. Origine du butane
Le butane est un gaz combustible. Il est obtenu :
- lors du raffinage du pétrole brut, dans les raffineries ;
- à partir du gaz naturel extrait du sous-sol.
C'est donc un combustible fossile. Le butane est formé uniquement de deux éléments : le carbone et l'hydrogène (on dit que c'est un hydrocarbure). On le vend en bouteilles pour la cuisine ; il remplit aussi les briquets.
2. Propriétés physiques du butane
- À la température ordinaire et à la pression de l'air, le butane est un gaz.
- Il est incolore et, à l'état pur, presque inodore. Les fabricants lui ajoutent une substance à l'odeur forte et désagréable, pour qu'on puisse sentir une fuite : c'est l'odeur « de gaz » que la mère de Mamadou a remarquée.
- Il est plus lourd que l'air (environ deux fois plus lourd à volume égal). En cas de fuite, il s'accumule au ras du sol et dans les endroits bas (caves, fossés).
- Il se liquéfie facilement : il suffit de le comprimer (augmenter la pression) pour qu'il devienne liquide à la température ordinaire. À la pression de l'air, il bout vers 0 °C.
3. Pourquoi le butane est-il liquide dans la bouteille ?
À l'usine, on remplit la bouteille de butane sous pression : il s'y trouve en grande partie à l'état liquide, avec un peu de gaz au-dessus. C'est pour cela que Mamadou entend un liquide bouger.
Quand on ouvre le robinet, la pression baisse à la sortie : le butane liquide se vaporise et sort sous forme de gaz. C'est un changement d'état (vaporisation), une transformation physique : le butane reste du butane.
Ce stockage à l'état liquide est très pratique : 1 L de butane liquide donne plus de 200 L de gaz. On peut donc transporter beaucoup de combustible dans une petite bouteille. Pour savoir combien il reste de gaz, on pèse la bouteille ou on juge à son poids en la soulevant.
- 1À l'usine, le butane est comprimé : il devient liquide et remplit en partie la bouteille.
- 2Dans la bouteille : du butane liquide au fond, du butane gazeux au-dessus, sous pression.
- 3On ouvre le robinet : la pression baisse, le butane liquide se vaporise.
- 4Le gaz passe par le détendeur et le tuyau jusqu'au brûleur.
- 5Au brûleur, le gaz se mélange à l'air et brûle : c'est une transformation chimique.
4. La combustion complète du butane
Au brûleur du réchaud, le butane se mélange à l'air avant de brûler. Quand l'air arrive en quantité suffisante, la combustion est complète :
- la flamme est bleue, très chaude, et ne noircit pas la marmite ;
- un verre froid retourné au-dessus de la flamme se couvre de buée qui bleuit le sulfate de cuivre anhydre : il se forme de l'eau ;
- l'eau de chaux versée dans ce verre se trouble : il se forme du dioxyde de carbone.
Bilan de la combustion complète :
butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau
Le butane a besoin de beaucoup de dioxygène : 1 L de butane gazeux consomme 6,5 L de dioxygène, c'est-à-dire environ 6,5 × 5 = 32,5 L d'air. C'est pourquoi le brûleur possède des trous d'arrivée d'air, et pourquoi il faut aérer la cuisine.
La masse se conserve : des mesures précises montrent que 58 g de butane réagissent avec 208 g de dioxygène pour donner 176 g de dioxyde de carbone et 90 g d'eau. On vérifie : 58 + 208 = 266 g et 176 + 90 = 266 g.
Méthode
Pour étudier la combustion du butane :
- J'écris le bilan : butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
- J'identifie les produits par leurs tests : eau (sulfate de cuivre anhydre qui bleuit), dioxyde de carbone (eau de chaux qui se trouble).
- J'observe la couleur de la flamme : bleue = combustion complète ; jaune avec suie = combustion incomplète.
- Pour un calcul de masse, j'écris : masse des réactifs = masse des produits, puis je calcule l'inconnue.
Exemple
Lors de la combustion complète d'une certaine masse de butane, on a consommé 416 g de dioxygène et obtenu 352 g de dioxyde de carbone et 180 g d'eau. Quelle masse de butane a brûlé ?
Conservation de la masse : m(butane) + m(dioxygène) = m(dioxyde de carbone) + m(eau).
m(butane) + 416 = 352 + 180 = 532 g.
m(butane) = 532 − 416 = 116 g.
Vérification : c'est le double de 58 g, et 208 × 2 = 416 g. C'est cohérent.
5. La combustion incomplète du butane
Si les trous d'air du brûleur sont bouchés (saleté, restes de sauce), si le réglage est mauvais ou si la cuisine est mal aérée, le butane ne reçoit pas assez de dioxygène. La combustion est incomplète :
- la flamme devient jaune, parfois fumante ;
- un dépôt noir de suie (du carbone) apparaît sous la marmite ;
- il se forme du monoxyde de carbone, gaz incolore, inodore et mortel.
- beaucoup d'air (trous d'air dégagés)
- flamme bleue, très chaude
- dioxyde de carbone + eau
- marmite propre, gaz bien utilisé
- pas assez d'air
- flamme jaune, moins chaude
- en plus : suie et monoxyde de carbone
- marmite noircie, gaz gaspillé, danger
Exemple
Kadiatou remarque que la flamme de son réchaud est devenue jaune et que la marmite noircit. Explique et conseille-la.
La flamme jaune et la suie montrent une combustion incomplète : le butane ne reçoit pas assez de dioxygène.
Causes possibles : trous d'arrivée d'air bouchés, cuisine fermée.
Danger : il se forme du monoxyde de carbone, gaz toxique qu'on ne sent pas.
Conseils : éteindre, nettoyer le brûleur quand il est froid, aérer la cuisine, puis rallumer : la flamme doit redevenir bleue.
6. Utiliser le butane sans danger
Un mélange d'air et de butane peut exploser au contact d'une flamme ou d'une simple étincelle (interrupteur, téléphone, allumette). D'où les règles :
- garder la bouteille debout, à l'abri du soleil et loin des sources de chaleur ;
- vérifier régulièrement l'état du tuyau et le remplacer à la date indiquée ; rechercher une fuite avec de l'eau savonneuse (des bulles apparaissent), jamais avec une flamme ;
- fermer le robinet de la bouteille après usage ;
- en cas d'odeur de gaz : fermer le robinet, ouvrir portes et fenêtres, ne pas allumer ni éteindre la lumière, ne pas craquer d'allumette, sortir et prévenir un adulte.
C'est exactement ce qu'a fait la mère de Mamadou : un interrupteur peut produire une petite étincelle qui ferait exploser le mélange de gaz et d'air.
3Je retiens
Je retiens
Le butane est un hydrocarbure (carbone et hydrogène) tiré du pétrole et du gaz naturel : c'est un combustible fossile.
Gaz incolore, presque inodore à l'état pur (on lui ajoute une odeur pour détecter les fuites), environ deux fois plus lourd que l'air.
Dans la bouteille, il est liquide sous pression ; à l'ouverture du robinet, il se vaporise (changement d'état).
Combustion complète (flamme bleue) : butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau. Exemple : 58 g + 208 g → 176 g + 90 g.
Combustion incomplète (flamme jaune) : suie et monoxyde de carbone, gaz mortel.
Fuite de gaz : fermer le robinet, aérer, ne toucher à aucun interrupteur, aucune flamme ; fuite recherchée à l'eau savonneuse.
4Erreurs fréquentes
- Croire que la bouteille contient seulement du gaz : le butane y est surtout liquide, sous pression.
- Penser que le butane monte comme de la fumée : il est plus lourd que l'air et s'accumule au sol.
- Chercher une fuite avec une allumette : c'est ainsi que se produisent des explosions ; on utilise de l'eau savonneuse.
- Croire que l'odeur du gaz est celle du butane lui-même : le butane pur est presque inodore ; l'odeur est ajoutée pour notre sécurité.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Recopie et complète : « Le butane est un … formé de … et d'…. Dans la bouteille, il est à l'état … ; à la sortie du robinet, il est à l'état …. Ce passage s'appelle la …. »
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« Le butane est un hydrocarbure formé de carbone et d'hydrogène. Dans la bouteille, il est à l'état liquide ; à la sortie du robinet, il est à l'état gazeux. Ce passage s'appelle la vaporisation. »
2Exercice 2
Donne trois propriétés physiques du butane et explique pourquoi on lui ajoute une odeur.
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Le butane est un gaz incolore ; il est presque inodore à l'état pur ; il est plus lourd que l'air ; il se liquéfie facilement sous pression (trois suffisent). On lui ajoute une substance à l'odeur forte pour qu'on puisse sentir une fuite et réagir avant un accident.
3Exercice 3
a) Écris le bilan de la combustion complète du butane. b) Décris les deux tests qui permettent d'identifier les produits. c) Quelle est la couleur de la flamme ?
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a) butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
b) On retourne un verre froid et sec au-dessus de la flamme : la buée qui s'y dépose bleuit le sulfate de cuivre anhydre (c'est de l'eau). On verse ensuite de l'eau de chaux dans le verre et on agite : elle se trouble (dioxyde de carbone).
c) La flamme est bleue.
4Exercice 4
La combustion complète de 29 g de butane consomme 104 g de dioxygène et produit 88 g de dioxyde de carbone. Calcule la masse d'eau formée.
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Conservation de la masse : 29 + 104 = 88 + m(eau), soit 133 = 88 + m(eau), donc m(eau) = 133 - 88 = 45 g. (C'est la moitié de 58 g + 208 g → 176 g + 90 g : 90 ÷ 2 = 45 g. C'est cohérent.)
5Exercice 5
Un soir, à Labé, Ousmane rentre à la maison et sent une forte odeur de gaz dans la cuisine.
a) D'où vient cette odeur, puisque le butane pur est presque inodore ?
b) Où le gaz s'accumule-t-il ? Pourquoi ?
c) Écris dans l'ordre ce qu'Ousmane doit faire et ce qu'il ne doit surtout pas faire.
d) Le lendemain, un technicien vérifie l'installation. Comment peut-il localiser la fuite sans danger ?
e) Pourquoi une fuite de butane peut-elle provoquer une explosion ?
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a) Les fabricants ajoutent au butane une substance à l'odeur forte pour qu'on sente les fuites.
b) Au ras du sol et dans les endroits bas, car le butane est plus lourd que l'air.
c) À faire : fermer le robinet de la bouteille, ouvrir en grand portes et fenêtres, sortir et prévenir un adulte. À ne pas faire : allumer ou éteindre la lumière, utiliser un appareil électrique, craquer une allumette, allumer le réchaud.
d) Il badigeonne les raccords et le tuyau avec de l'eau savonneuse : à l'endroit de la fuite, des bulles se forment.
e) Le butane qui fuit se mélange à l'air de la pièce. Ce mélange contient à la fois le combustible et le comburant : la moindre flamme ou étincelle fournit la chaleur qui déclenche une combustion très rapide dans toute la pièce, c'est-à-dire une explosion.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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