Problème 1

Les poudres à combustion rapide comme la nitrocellulose sont utilisées dans les cartouches de ball-trap. La nitrocellulose est principalement constituée de trinitrate de cellulose, préparé en ajoutant de la cellulose (formule brute

\ce{C6H7(OH)3O2}

) à un mélange d'acides nitrique et sulfurique concentrés, donnant le trinitrate de cellulose (

\ce{C6H7(ONO2)3O2}

) et un autre produit. L'ion nitronium

\ce{NO2+}

, formé dans le mélange acide, nitre les groupes alcool. L'acide nitrique agit comme base de Lewis et accepte un proton de l'acide sulfurique pour former l'intermédiaire

\ce{H2NO3+}

, qui se décompose en

\ce{NO2+}

. (a) Écrire l'équation de la réaction entre la cellulose et l'acide nitrique formant le trinitrate de cellulose. (b) Écrire l'équation de formation de

\ce{H2NO3+}

puis celle de sa décomposition en

\ce{NO2+}

. (c) La combustion complète du trinitrate de cellulose produit du dioxyde de carbone, de l'eau et un élément gazeux. Écrire l'équation de combustion complète de

\ce{C6H7N3O11}

et calculer l'enthalpie standard de combustion avec

\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO}) = -110,5

\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO2}) = -393,5

\Delta_f H^{\circ}(\ce{H2O}) = -285,8

\Delta_f H^{\circ}(\text{trinitrate de cellulose}) = -653,1

kJ mol

^{-1}

. (d) Lors du tir, il n'y a pas assez de temps pour réagir avec l'oxygène de l'air ; le trinitrate de cellulose se décompose entièrement en produits gazeux (sans former

\ce{O2}

) à plus de

200\ ^{\circ}\mathrm{C}

. Écrire l'équation de décomposition et calculer le volume total de gaz produits par 5,00 g de trinitrate de cellulose à

200\ ^{\circ}\mathrm{C}

, en m

^3

Étape 3 sur 5 : Équilibrer la combustion

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\ce{C6H7N3O11 + 9/4 O2 -> 6CO2 + 7/2 H2O + 3/2 N2}

Analyse

Le carbone donne $\ce{CO2}$ , l'hydrogène $\ce{H2O}$ et l'azote l'élément gazeux $\ce{N2}$ ; l'équilibre de l'oxygène exige $\tfrac{9}{4}\,\ce{O2}$ .