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Le NO₂ est un gaz brun qui peut exister en équilibre avec le tétraoxyde de diazote incolore, comme le montre la réaction suivante. Deux NO2 gazeux sont en équilibre avec un N2O4 gazeux. Δ𝐻 est égal à moins 57,2 kilojoules par mole. La réaction directe est-elle exothermique ou endothermique ? Quelle ampoule sur la figure a la température la plus élevée ? (A) La réaction directe est exothermique et l’ampoule de gauche est la plus chaude. (B) La réaction directe est exothermique et l’ampoule de droite est la plus chaude. (C) La réaction directe est endothermique et l’ampoule de gauche est la plus chaude. (D) La réaction directe est endothermique et l’ampoule de droite est la plus chaude.
Cette question comporte deux parties. Concentrons-nous d'abord sur la première partie. La variation d’enthalpie, représentée par Δ𝐻, consiste en la variation d’énergie interne dans un système. Une variation d’enthalpie négative indique qu’il y a eu une libération nette d’énergie au cours de la réaction. Ce type de réaction est exothermique. Une variation d’enthalpie positive indique qu’il y a une augmentation nette d’énergie dans le système. Ce type de réaction est endothermique. Nous pouvons constater dans la question que la variation d’enthalpie nous est fournie. Lorsque Δ𝐻 est écrit après une réaction d’équilibre, il indique la variation d’enthalpie pour la réaction directe. Comme cette valeur est négative, nous savons que la réaction directe est exothermique. Avec ces informations, nous pouvons éliminer les choix de réponse (C) et (D).
Nous pouvons maintenant nous concentrer sur la deuxième partie de la question. Pour y répondre, nous devons déterminer laquelle des ampoules illustrées est à la température la plus élevée. Pour répondre à cette question, il nous faut considérer le principe de Le Chatelier. Le principe de Le Chatelier stipule que, si les conditions varient dans un équilibre dynamique, la position d’équilibre se déplacera pour compenser cette variation. Par conséquent, si la température augmente, la position d’équilibre se déplacera pour la diminuer. Nous savons que la réaction directe est exothermique et qu'elle libère donc de l’énergie, généralement sous forme de chaleur. La réaction inverse est exactement l'opposé. Elle est endothermique, ce qui signifie que de l’énergie, généralement la chaleur, est absorbée.
Lorsque la température augmente, le système compense cette variation en absorbant la chaleur ajoutée. La réaction inverse est donc favorisée et l’équilibre se déplace vers les réactifs. Au fur et à mesure que la température augmente, la concentration de dioxyde d’azote augmente, alors que la concentration de tétraoxyde de diazote diminue. La question nous indique que le dioxyde d’azote est un gaz brun, tandis que le tétraoxyde de diazote est incolore. Si la concentration de NO2 augmente au fur et à mesure que la température augmente, la couleur de l’ampoule devrait devenir de plus en plus brune avec l’augmentation de la température. Par conséquent, l’ampoule de droite doit être la plus chaude.
En conclusion, en ce qui concerne l’équilibre entre le dioxyde d’azote et le tétraoxyde de diazote, la réaction directe est exothermique et l’ampoule de droite est la plus chaude, soit le choix de réponse (B).
