Pour aller plus loin. Quelques données : liaison N-N simple, 163…

Exercice supplémentaire · niveau 3 (difficile) · chimie (première), chapitre 6 — Schémas de Lewis, géométrie et polarité · Liaisons et outils numériques

Énoncé

Pour aller plus loin. Quelques données : liaison $N - N$ simple, $163$ kJ/mol et $145$ pm ; liaison $O = O$ double, $498$ kJ/mol et $121$ pm ; liaison $N \equiv N$ triple, $945$ kJ/mol et $110$ pm.

Quelle relation générale se dégage entre multiplicité, longueur et énergie d'une liaison ?
Le diazote représente $78 %$ de l'atmosphère et y reste chimiquement inerte, contrairement au dioxygène. Expliquer.
Quelle conséquence pour la synthèse industrielle de l'ammoniac ?

Corrigé

1. Plus la liaison est multiple, plus elle est courte et forte : de $N - N$ à $N \equiv N$ , la longueur passe de $145$ à $110$ pm et l'énergie de $163$ à $945$ kJ/mol — presque six fois plus, pour trois doublets au lieu d'un. Les doublets supplémentaires resserrent les noyaux, et un lien plus court est plus difficile à rompre.

2. Rompre $N \equiv N$ coûte $945$ kJ/mol, contre $498$ pour $O = O$ : c'est l'une des liaisons les plus solides connues. À température ordinaire, aucune collision ne fournit une telle énergie — le diazote traverse l'atmosphère sans réagir, ce qui en fait un gaz de protection idéal (soudure, emballage alimentaire).

3. La synthèse $N X_{2} + 3 H X_{2} 2 NH X_{3}$ doit d'abord casser cette liaison. D'où les conditions du procédé industriel : $400$ à $500^{\circ}$ C, plusieurs centaines de bars, et un catalyseur au fer. Sans catalyseur, la réaction serait inexploitable — la chaleur seule ne suffirait pas.

À rapprocher du chapitre 4 : le tableau d'avancement dit ce qui est possible (combien d'ammoniac au maximum) ; l'énergie de liaison dit ce qui est réalisable, et à quel prix. Les deux lectures sont nécessaires.

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Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.