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L’ammoniac, NH3, est un produit de départ essentiel pour la fabrication des engrais. Le composé est produit par la réaction de l’azote et de l’hydrogène gazeux à température et pression élevées. Le tableau donne certaines énergies de liaison. La variation totale d’énergie par mole d’ammoniac produite est de moins 46 kilojoules par mole. Calcule, au kilojoule par mole près, l’énergie de la liaison N–H dans NH3.
La question décrit la réaction entre l’azote et l’hydrogène gazeux, qui produit de l’ammoniac. Nous pouvons représenter cette réaction par cette équation chimique équilibrée. On nous demande de calculer l’énergie de la liaison N–H dans NH3. L’énergie de liaison, parfois appelée enthalpie de liaison, est la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour rompre une liaison particulière dans une mole de particules gazeuses.
La rupture de liaisons nécessite de l’énergie. Autrement dit, le processus de rupture de liaisons est endothermique et la valeur de l’énergie est positive. Inversement, la formation de liaisons libère la même quantité d’énergie que celle nécessaire pour rompre la liaison. La formation d’une liaison est donc un processus exothermique. La variation d’énergie d’une réaction, Δ𝐻, est la somme de l’énergie nécessaire pour rompre les liaisons dans les molécules de réactif et de l’énergie libérée lors de la formation des liaisons pour donner les molécules de produit.
Nous savons que l’énergie nécessaire pour rompre une mole de liaisons est l’énergie de liaison. Et que la quantité d’énergie libérée lorsqu’une mole d’un type de liaison est formée est égale à l’énergie de liaison, mais sa valeur est de signe opposé. Nous pouvons donc additionner les énergies des liaisons dans les molécules de produit et les soustraire des énergies des liaisons des molécules de réactif.
Avec cette formule, nous pouvons résoudre ce problème et calculer l’énergie de la liaison azote-hydrogène. Pour faire le calcul, il sera utile de visualiser les liaisons impliquées dans cette réaction.
Le problème dit que la variation d’énergie totale de la réaction est de moins 46 kilojoules par mole. Cette valeur donnée est par mole d’ammoniac produite. Il y a deux moles d’ammoniac dans l’équation de réaction. Nous devons donc multiplier la valeur donnée par deux pour obtenir la variation totale de l’enthalpie de la réaction. Cela nous donne moins 92 kilojoules par mole pour la variation d’enthalpie de la réaction.
Dans les réactifs, il y a une triple liaison azote-azote, qui a une énergie de liaison de 942 kilojoules par mole. Il y a également trois liaisons simples entre des atomes d’hydrogène, chacune ayant une énergie de liaison de 432 kilojoules par mole. Dans l’ammoniac, il y a trois liaisons azote-hydrogène. Il y a deux molécules d’ammoniac, ce qui nous donne un total de six liaisons azote-hydrogène. Nous pouvons maintenant calculer l’énergie de la liaison azote-hydrogène.
Pour commencer, nous pouvons combiner ces termes sur le côté droit de l’équation. Trois fois 432 nous donne 1 296. En y ajoutant 942, nous obtenons 2 238 kilojoules par mole. Nous pouvons isoler l’énergie de liaison de la liaison azote-hydrogène en soustrayant 2 238 kilojoules par mole des deux côtés. Cela nous donne moins 2 330 kilojoules par mole à gauche de l’équation.
Maintenant, nous pouvons résoudre le problème en divisant les deux côtés de l’équation par moins six. Cela nous donne 388,33 kilojoules par mole. Le problème nous demande de donner notre réponse au kilojoule par mole près. Nous pouvons donc arrondir à 388 kilojoules par mole. Ceci nous donne notre réponse finale. L’énergie de la liaison azote-hydrogène dans l’ammoniac est de 388 kilojoules par mole.
