- expliquer l'absence de réactivité de l'azote, en se référant à la force de la triple liaison et à l'absence de polarité
- décrire et expliquer : (a) la basicité de l'ammoniac, en utilisant la théorie de Brønsted–Lowry (b) la structure de l'ion ammonium et sa formation par une réaction acide-base (c) le déplacement de l'ammoniac à partir de sels d'ammonium par une réaction acide-base
- énoncer et expliquer les occurrences naturelles et artificielles des oxydes d'azote et leur retrait catalytique des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne
- comprendre que les oxydes d'azote atmosphériques ($\text{NO}$ et $\text{NO}_2$) peuvent réagir avec des hydrocarbures non brûlés pour former du peroxyacétate d'azote, PAN, qui est un composant du brouillard photochimique
- décrire le rôle de $\text{NO}$ et $\text{NO}_2$ dans la formation de pluies acides, directement et dans leur rôle catalytique dans l'oxydation du dioxyde de soufre atmosphérique
Azote et soufre
Chimie A-Level · Sujet 12
7:40
Azote et soufre
Prenez une inspiration. Presque quatre cinquièmes de ce qui vient d'entrer dans vos poumons était de l'azote — et il est ressorti tout de suite, complètement inchangé. L'azote est…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
12.1
Pourquoi l'azote est inerte
Programme
Source : Programme Cambridge International
Le diazote, $\text{N}_2$, constitue la majeure partie de l'air mais réagit très peu. Il y a deux raisons :
- les deux atomes d'azote sont liés par une triple liaison 三键, qui possède une énergie de liaison 键能 très élevée. Beaucoup d'énergie est nécessaire pour la rompre.
- la molécule n'a aucune polarité 极性 — elle est parfaitement symétrique, donc rien n'attire les autres molécules vers elle.
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La forme de l'ammoniaque
L'ammoniaque possède trois paires liantes et une paire d'électrons non liante — la paire d'électrons non liante repousse les liaisons vers le bas, donnant une forme pyramidale (environ 107°).
12.1
Ammoniac et ion ammonium
Basicité de l'ammoniac
La basicité 碱性 de l'ammoniac (sa capacité à agir comme une base) provient de la paire libre 孤对电子 d'électrons sur l'atome d'azote. Selon la théorie Brønsted–Lowry, l'ammoniac est une base car cette paire libre peut accepter un proton 质子 ($\text{H}^+$) :
$$\text{NH}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{NH}_4^+$$
L'ion ammonium
Lorsque la paire libre forme une liaison avec $\text{H}^+$, elle forme l'ion ammonium 铵离子, $\text{NH}_4^+$. Puisque les deux électrons partagés provenaient de l'azote, cette nouvelle liaison est une liaison coordinate 配位键. L'ion possède quatre liaisons N–H identiques et une géométrie tétraédrique.
Déplacement de l'ammoniac à partir de ses sels
Si vous chauffez un sel d'ammonium avec une base (comme l'hydroxyde de sodium), vous dégagez du gaz ammoniaque. C'est un déplacement acido-basique 置换 :
$$\text{NH}_4\text{Cl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
L'odeur piquante de l'ammoniac et le papier phénolphtaléine humide virant au bleu constituent un test pour un sel d'ammonium.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| triple bond/ˈtrɪpl bɒnd/ | 三键 | sān jiàn |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 键能 | jiàn néng |
| polarity/pəʊˈlærɪti/ | 极性 | jí xìng |
| basicity/beɪˈsɪsɪti/ | 碱性 | jiǎn xìng |
| lone pair/ləʊn peə/ | 孤对电子 | gū duì diàn zi |
| proton/ˈprəʊtɒn/ | 质子 | zhì zi |
| ammonium ion/æˈməʊnɪəm ˈaɪɒn/ | 铵离子 | ǎn lí zi |
| coordinate bond/kəʊˈɔːdɪnət bɒnd/ | 配位键 | pèi wèi jiàn |
| displacement/dɪˈspleɪsmənt/ | 置换 | zhì huàn |
| internal combustion engine/ɪnˈtɜːnl kəmˈbʌstʃn ˈendʒɪn/ | 内燃机 | nèi rán jī |
12.1
Oxydes d'azote et pollution atmosphérique
D'où ils viennent
Les oxydes d'azote ($\text{NO}$ et $\text{NO}_2$, ensemble appelés $\text{NO}_x$) proviennent de deux sources :
- naturels : la foudre fournit assez d'énergie pour que l'azote et l'oxygène de l'air se combinent.
- man-made : les hautes températures à l'intérieur d'un moteur à combustion interne 内燃机 font réagir l'azote et l'oxygène :
$$\text{N}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}$$
Les retirer des gaz d'échappement automobiles
Un convertisseur catalytique 催化转化器 purifie les gaz d'échappement 尾气. Il permet aux gaz nocifs de réagir ensemble pour former des gaz inoffensifs :
$$2\text{NO} + 2\text{CO} \rightarrow \text{N}_2 + 2\text{CO}_2$$
Le smog photochimique
Au soleil, $\text{NO}$ et $\text{NO}_2$ réagissent avec les hydrocarbures imbrûlés pour former du nitrate de peroxyacétyle (PAN). Le PAN est une partie nocive du smog photochimique 光化学烟雾, la brume brune visible au-dessus des villes animées.
Les pluies acides
Les oxydes d'azote contribuent également à la formation de pluies acides 酸雨 de deux manières :
- directement : $\text{NO}_2$ se dissout dans la pluie pour former de l'acide nitrique.
- comme catalyseur : $\text{NO}_2$ accélère l'oxydation du dioxyde de soufre 二氧化硫 atmosphérique ($\text{SO}_2$) en $\text{SO}_3$, qui forme ensuite de l'acide sulfurique dans la pluie.
Exemple résolu. Un solide blanc est chauffé avec une solution aqueuse de $\text{NaOH}$, et un gaz est libéré qui fait virer le papier tournesol rouge humide au bleu. Identifiez le gaz et l'ion présent dans le solide, et expliquez la réaction. Le seul gaz commun qui fait virer le papier tournesol rouge humide au bleu est l'ammoniac, $\text{NH}_3$, donc le solide contient l'ion ammonium, $\text{NH}_4^{+}$. L'ion hydroxyde est la base plus forte, donc il reprend le proton de l'ion ammonium :
$$\text{NH}_4^{+} + \text{OH}^{-} \rightarrow \text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}$$
Ceci est le test standard pour $\text{NH}_4^{+}$. Dites toujours que le tournesol est humide : l'ammoniac doit se dissoudre dans l'eau avant de pouvoir montrer sa basicité, donc un tournesol sec ne donnerait aucun changement de couleur.
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voie de pollution NOx
Traces d'oxydes d'azote provenant des moteurs chauds causant des dommages environnementaux.
Vocabulaire
Entrainer
| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| catalytic converter/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtə/ | 催化转化器 | cuī huà zhuǎn huà qì |
| exhaust gases/eɡˈzɔːst ˈɡæsɪz/ | 尾气 | wěi qì |
| photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ | 光化学烟雾 | guāng huà xué yān wù |
| acid rain/ˈæsɪd reɪn/ | 酸雨 | suān yǔ |
| sulfur dioxide/ˈsʌlfɜː daɪˈɒksaɪd/ | 二氧化硫 | èr yǎng huà liú |
12.1
Conseils d'examen
- $\text{N}_2$ est inerte en raison de sa liaison triple forte (très haute énergie de liaison) — exprimez-le exactement ainsi.
- L'ammoniac est une base et un ligand en raison de sa paire libre ; l'ion ammonium se forme par liaison coordinatee.
- Expliquez comment se forment les oxydes d'azote (haute température dans les moteurs) et leur lien avec les pluies acides et le smog photochimique.
- Donnez des équations équilibrées et les observations correctes pour les réactions de l'ammoniac et de l'ion ammonium.
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.