La poudre noire est un mélange de nitrate de potassium (ou salpêtre) KNO3, de carbone C (charbon) et de soufre S, tous à l’état solide dans les conditions habituelles de pression et de température. Ces réactifs donnent lorsqu’on les enflamme, du sulfure de potassium K2S (solide), du diazote N2 (gazeux) et du dioxyde de carbone CO2 (gazeux). Pour préparer 100,0 g d’un mélange stœchiométrique on utilise m1=74,81g de salpêtre, m2=13,32g de carbone et m3=11,87 g de soufre.
On donne M1=101,0 g·mol-1 ; M2=12,0 g·mol-1 ; M3=32,1 g·mol-1.
Écrire l’équation bilan de la réaction et montrer que les réactifs sont en proportions stœchiométriques.
Calculer la quantité ng de matière gazeuse en fin de réaction.
Exprimer et calculer l'énergie Er dégagée par la réaction sachant qu'elle libère E=617kJ par mole de soufre consommé.
On considère un canon dont le fût est un cylindre de diamètre D=6,0 cm et de longueur L=1,80m incliné d’un angle θ=50° par rapport à la direction horizontale. On dispose la poudre noire bien tassée – occupant un volume négligeable – au fond du fût avant de laisser glisser à l’intérieur un boulet de canon de masse m=10,0kg. Avant d'enflammer la poudre, on considère que le boulet se trouve au niveau du sol et a une énergie potentielle Epi nulle. On prend g=9,81 N·kg-1.
Exprimer l'énergie potentielle Epf du boulet lorsqu'il est tout en haut du fût du canon.
Exprimer et calculer (en km/h) la vitesse du boulet à la sortie du canon après mise à feu de la poudre si on considère que toute l'énergie libérée par la réaction est transmise.
Pour la petite histoire L'histoire de la poudre à canon