QCM : Chimie des éléments : azote (25 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique situe correctement l’azote dans le tableau périodique ?

Il appartient à la troisième période et au groupe 15 des pnictogènes.
Il appartient à la deuxième période et au groupe 15 des pnictogènes.
Il appartient à la première période et au groupe 15 des pnictogènes.
Il appartient à la deuxième période et au groupe 16 des chalcogènes.

Il appartient à la deuxième période et au groupe 15 des pnictogènes.

Explication

L’azote, de symbole N et de numéro atomique 7, se trouve dans la deuxième période et le groupe 15, celui des pnictogènes. Le groupe 16 correspond aux chalcogènes, tandis que les autres propositions indiquent une période incorrecte.

2. Quelle configuration électronique correspond à l’atome d’azote à l’état fondamental ?

1s2 2s2 2p21s^2\,2s^2\,2p^2
1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3
1s2 2s2 2p51s^2\,2s^2\,2p^5
1s2 2s1 2p41s^2\,2s^1\,2p^4

$$1s^2\,2s^2\,2p^3$$

Explication

L’azote possède la configuration 1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3, qui lui donne cinq électrons de valence. La configuration avec 2p52p^5 correspondrait à un autre élément, tandis que les deux autres ne totalisent pas sept électrons.

3. Quel nombre d’oxydation l’azote présente-t-il dans la molécule N2N_2 ?

+II+II
−III-III
00
+V+V

$$0$$

Explication

Dans N2N_2, les deux atomes sont identiques et la liaison ne crée pas de déséquilibre d’électronégativité : l’azote y a donc le nombre d’oxydation 00. En revanche, −III-III caractérise l’azote dans NH3NH_3 et +V+V celui de composés comme HNO3HNO_3.

4. Quelle proportion approximative du volume de l’air atmosphérique est constituée de diazote N2N_2 ?

Environ 78 %
Environ 1 %
Environ 21 %
Environ 0,04 %

Environ 78 %

Explication

Le diazote représente environ 78 % de l’air atmosphérique. Cette abondance ne signifie toutefois pas qu’il est très réactif, car sa structure moléculaire lui confère une grande stabilité.

5. Pourquoi le diazote est-il peu réactif dans les conditions ordinaires ?

Ses deux atomes sont séparés par une liaison ionique très faible.
Sa molécule contient un seul électron de valence délocalisé.
Son atome d’azote possède une couche externe complètement remplie.
Ses deux atomes sont unis par une liaison triple très stable.

Ses deux atomes sont unis par une liaison triple très stable.

Explication

La liaison triple N≡NN\equiv N est très énergique et confère au diazote une grande stabilité cinétique, ce qui limite sa réactivité ordinaire. La liaison n’est pas ionique et l’azote ne possède pas une couche de valence complètement remplie dans cette molécule.

6. Lequel des enchaînements décrit correctement les principales étapes du cycle de l’azote ?

Assimilation, distillation, ammonification, réduction et combustion.
Fixation, hydrolyse, précipitation, oxydation et fermentation.
Combustion, sublimation, fusion, nitrification et évaporation.
Fixation, assimilation, ammonification, nitrification et dénitrification.

Fixation, assimilation, ammonification, nitrification et dénitrification.

Explication

Le cycle de l’azote comprend la fixation, l’assimilation, l’ammonification, la nitrification et la dénitrification. Les autres enchaînements mélangent des changements d’état ou des procédés qui ne constituent pas les étapes principales de ce cycle.

7. Quelle transformation caractérise correctement la nitrification biologique ?

Elle réduit NO3−NO_3^- en diazote gazeux dans le sol.
Elle convertit directement le diazote atmosphérique en ammoniac.
Elle oxyde NH4+NH_4^+ en NO2−NO_2^- puis en NO3−NO_3^-.
Elle transforme les composés organiques azotés en ions ammonium.

Elle oxyde $$NH_4^+$$ en $$NO_2^-$$ puis en $$NO_3^-$$.

Explication

La nitrification est une oxydation biologique en deux étapes : NH4+NH_4^+ devient d’abord NO2−NO_2^-, puis NO3−NO_3^-. La réduction des nitrates vers des espèces gazeuses relève de la dénitrification, tandis que les autres propositions décrivent d’autres processus du cycle.

8. Quelle définition caractérise correctement un nitrure ?

Un composé de l’azote et de l’oxygène formant une famille d’oxydes azotés.
Un composé binaire de l’azote avec un élément plus électronégatif, généralement un halogène.
Un composé moléculaire dans lequel l’azote est lié à trois atomes d’hydrogène.
Un composé binaire de l’azote avec un élément moins électronégatif, souvent un métal.

Un composé binaire de l’azote avec un élément moins électronégatif, souvent un métal.

Explication

Un nitrure associe l’azote à un élément moins électronégatif, fréquemment un métal. Un composé de l’azote et de l’oxygène est un oxyde d’azote, tandis que l’association avec trois hydrogènes correspond à l’ammoniac.

9. Quel état d’oxydation formel l’azote possède-t-il dans un nitrure ionique ?

+V+V, correspondant formellement à l’ion N5+N^{5+}
+III+III, correspondant formellement à l’ion N3+N^{3+}
−III-III, correspondant formellement à l’ion N3−N^{3-}
−I-I, correspondant formellement à l’ion N−N^-

$$-III$$, correspondant formellement à l’ion $$N^{3-}$$

Explication

Dans un nitrure ionique, l’azote est formellement à l’état d’oxydation −III-III et peut être représenté par N3−N^{3-}. Cette valeur ne doit pas être confondue avec l’état d’oxydation moyen de l’azote dans l’ion azoture N3−N_3^-.

10. Quelle description correspond à la structure électronique de l’ammoniac NH3NH_3 ?

L’azote forme quatre liaisons N–H et ne possède aucun doublet non liant.
L’azote forme trois liaisons N–H et possède un doublet non liant.
L’azote forme deux liaisons N–H et possède deux doublets non liants.
L’azote forme une liaison N–H et possède trois doublets non liants.

L’azote forme trois liaisons N–H et possède un doublet non liant.

Explication

Dans NH3NH_3, l’azote établit trois liaisons covalentes avec l’hydrogène et conserve un doublet non liant. Cette organisation distingue l’ammoniac d’une espèce où l’azote aurait quatre liaisons ou plusieurs doublets libres.

11. Quelle géométrie décrit correctement la molécule d’ammoniac NH3NH_3 ?

Les domaines électroniques sont octaédriques, et la molécule est plane carrée avec un angle de 90°.
Les domaines électroniques sont plans trigonaux, et la molécule est linéaire avec un angle de 180°.
Les domaines électroniques sont tétraédriques, mais la molécule est une pyramide trigonale avec un angle proche de 107°.
Les domaines électroniques sont linéaires, et la molécule est coudée avec un angle proche de 104,5°.

Les domaines électroniques sont tétraédriques, mais la molécule est une pyramide trigonale avec un angle proche de 107°.

Explication

Le doublet non liant et les trois liaisons autour de l’azote définissent quatre domaines électroniques disposés de façon tétraédrique, tandis que la forme observée est une pyramide trigonale d’angle proche de 107°. L’angle de 104,5° est associé à la molécule d’eau, dont la géométrie est différente.

12. Quelle équation représente correctement la synthèse industrielle réversible et exothermique de l’ammoniac par le procédé Haber-Bosch ?

N2(g)+3 H2(g)→2 NH3(l)N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightarrow 2\,NH_3(l)
2 N2(g)+H2(g)→2 NH3(g)2\,N_2(g) + H_2(g) \rightarrow 2\,NH_3(g)
2 NH3(g)⇌N2(g)+H2(g)2\,NH_3(g) \rightleftharpoons N_2(g) + H_2(g)
N2(g)+3 H2(g)⇌2 NH3(g)N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)

$$N_2(g) + 3\,H_2(g) \rightleftharpoons 2\,NH_3(g)$$

Explication

Le procédé Haber-Bosch met en jeu une réaction réversible et exothermique entre une molécule de diazote et trois molécules de dihydrogène, formant deux molécules d’ammoniac gazeux. Une flèche simple ou des coefficients différents ne décrivent pas correctement cette transformation.

13. Pourquoi une pression élevée favorise-t-elle la formation d’ammoniac dans le procédé Haber-Bosch ?

Elle transforme le catalyseur de fer en une espèce plus réactive.
Elle favorise le côté qui contient moins de molécules gazeuses.
Elle augmente la température et rend la réaction plus exothermique.
Elle déplace l’équilibre vers le côté qui contient davantage de gaz.

Elle favorise le côté qui contient moins de molécules gazeuses.

Explication

Une pression élevée déplace l’équilibre vers le côté comportant le moins de molécules gazeuses, c’est-à-dire vers l’ammoniac. Une température élevée peut accélérer la réaction, mais elle défavorise thermodynamiquement ce produit dans une réaction exothermique.

14. Quelle description correspond à l’ion azoture N3−N_3^- ?

Une molécule linéaire de trois atomes d’azote sans charge globale.
Un ion cyclique d’azote dont les charges sont réparties sur quatre atomes.
Un ion coudé de trois atomes d’azote portant une charge localisée.
Un ion linéaire de trois atomes d’azote dont la charge est délocalisée.

Un ion linéaire de trois atomes d’azote dont la charge est délocalisée.

Explication

L’ion azoture N3−N_3^- est constitué de trois atomes d’azote alignés et sa charge est délocalisée par mésomérie. Il ne s’agit donc ni d’une espèce neutre ni d’une structure coudée ou cyclique.

15. Quelle liaison caractérise l’hydroxylamine NH2OHNH_2OH et la distingue de l’hydrazine ?

Elle possède une liaison O–O, tandis que l’hydrazine possède une liaison N–N.
Elle possède une liaison N–N, tandis que l’hydrazine possède une liaison N–O.
Elle possède une liaison N–O, tandis que l’hydrazine possède une liaison N–N.
Elle possède une liaison N–H, tandis que l’hydrazine possède une liaison O–H.

Elle possède une liaison N–O, tandis que l’hydrazine possède une liaison N–N.

Explication

L’hydroxylamine NH2OHNH_2OH contient une liaison entre l’azote et l’oxygène, et peut agir comme réactif en chimie organique ou comme réducteur. L’hydrazine se distingue par sa liaison N–N, et non par une liaison N–O.

16. Quelle évolution du nombre d’oxydation de l’azote est observée dans la série des oxydes d’azote ?

Il varie de −III dans N2ON_2O à +I dans N2O5N_2O_5.
Il varie de +I dans N2ON_2O à +V dans N2O5N_2O_5.
Il reste égal à +II dans tous les oxydes d’azote.
Il varie de +V dans N2ON_2O à +I dans N2O5N_2O_5.

Il varie de +I dans $$N_2O$$ à +V dans $$N_2O_5$$.

Explication

Le nombre d’oxydation moyen de l’azote augmente de +I dans N2ON_2O à +V dans N2O5N_2O_5. La valeur +I ne correspond donc pas à N2O5N_2O_5, mais à N2ON_2O.

17. Quelle propriété caractérise le monoxyde d’azote NONO au contact de l’air ?

C’est un radical paramagnétique d’état +II qui s’oxyde facilement en NO2NO_2.
C’est une espèce diamagnétique d’état +IV qui se dimérise directement en N2O4N_2O_4.
C’est un gaz brun-rouge d’état +V qui se réduit facilement en diazote.
C’est un ion linéaire d’état −III qui réagit avec l’eau pour former l’ammoniac.

C’est un radical paramagnétique d’état +II qui s’oxyde facilement en $$NO_2$$.

Explication

Dans NONO, l’azote possède le nombre d’oxydation +II et l’espèce est radicalaire et paramagnétique; elle s’oxyde facilement dans l’air pour donner NO2NO_2. Le gaz brun-rouge et le dimère incolore sont associés au système NO2/N2O4NO_2/N_2O_4, pas au monoxyde d’azote.

18. Dans quelles conditions l’équilibre entre NO2NO_2 et N2O4N_2O_4 favorise-t-il la formation du dimère ?

À basse température, selon 2 NO2⇌N2O42\,NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4.
Sous forte pression d’oxygène, selon 2 NO2+O2→N2O42\,NO_2 + O_2 \rightarrow N_2O_4.
À haute température, selon N2O4→2 NO2N_2O_4 \rightarrow 2\,NO_2.
À basse température, selon N2O4→2 NO2N_2O_4 \rightarrow 2\,NO_2.

À basse température, selon $$2\,NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4$$.

Explication

La dimérisation de NO2NO_2 en N2O4N_2O_4 est favorisée à basse température et s’écrit 2 NO2⇌N2O42\,NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4. La dissociation en deux molécules de NO2NO_2 est plutôt favorisée lorsque la température augmente.

19. Quelle caractéristique décrit correctement l’acide nitrique HNO3HNO_3 en solution aqueuse diluée ?

C’est un acide fort dans lequel l’azote est au nombre d’oxydation +V.
C’est une base forte dans laquelle l’azote est au nombre d’oxydation +V.
C’est un acide faible dans lequel l’azote est au nombre d’oxydation +III.
C’est une base faible dans laquelle l’azote est au nombre d’oxydation −III.

C’est un acide fort dans lequel l’azote est au nombre d’oxydation +V.

Explication

En solution aqueuse diluée, HNO3HNO_3 se comporte comme un acide fort et l’azote y possède le nombre d’oxydation +V. La confusion fréquente consiste à attribuer à HNO3HNO_3 les propriétés basiques et le nombre d’oxydation de l’ammoniac NH3NH_3.

20. Quelle structure décrit correctement l’ion nitrate NO3−NO_3^- ?

Il est plan et ses trois liaisons N–ON–O sont équivalentes par mésomérie.
Il est coudé et ses deux liaisons N–ON–O sont équivalentes.
Il est pyramidal et possède une seule liaison N–ON–O délocalisée.
Il est linéaire et ses trois liaisons N–ON–O ont des longueurs différentes.

Il est plan et ses trois liaisons $$N–O$$ sont équivalentes par mésomérie.

Explication

L’ion nitrate NO3−NO_3^- est plan, et la mésomérie rend ses trois liaisons N–ON–O équivalentes. L’ion azoture N3−N_3^- est l’espèce linéaire souvent confondue avec le nitrate.

21. Que peut-il se produire lorsqu’un métal est placé dans de l’acide nitrique concentré ?

Le fer, l’aluminium ou le chrome sont transformés en nitrates sans modification de leur surface.
Le fer, l’aluminium ou le chrome deviennent des catalyseurs qui accélèrent toute oxydation.
Le fer, l’aluminium ou le chrome peuvent former une couche passive qui limite leur réaction.
Le fer, l’aluminium ou le chrome réduisent l’acide nitrique en ammoniac dans la solution.

Le fer, l’aluminium ou le chrome peuvent former une couche passive qui limite leur réaction.

Explication

L’acide nitrique est un oxydant puissant, mais sa forme concentrée peut passiver le fer, l’aluminium et le chrome par formation d’une couche protectrice. Cette passivation distingue ces métaux d’une simple dissolution rapide par l’acide.

22. Quelle succession d’étapes caractérise le procédé industriel d’Ostwald ?

Combustion de HNO3HNO_3, formation de NO2NO_2, puis réduction de NO2NO_2 par l’ammoniac.
Oxydation de NH3NH_3 en NONO, oxydation de NONO en NO2NO_2, puis absorption de NO2NO_2 dans l’eau.
Réduction de NO2NO_2 en NONO, formation de N2N_2, puis réaction de N2N_2 avec l’eau.
Réaction de N2N_2 avec H2H_2, formation de NH3NH_3, puis absorption de NH3NH_3 dans l’eau.

Oxydation de $$NH_3$$ en $$NO$$, oxydation de $$NO$$ en $$NO_2$$, puis absorption de $$NO_2$$ dans l’eau.

Explication

Le procédé d’Ostwald convertit progressivement l’ammoniac en acide nitrique par oxydation en NONO, puis en NO2NO_2, suivie d’une absorption aqueuse. La synthèse de l’ammoniac à partir de N2N_2 et H2H_2 correspond au procédé Haber-Bosch, et non à Ostwald.

23. Quel produit azoté est formé lors de la première étape catalytique du procédé d’Ostwald ?

L’acide nitrique HNO3HNO_3, selon NH3+2 O2→HNO3+H2ONH_3 + 2\,O_2 \rightarrow HNO_3 + H_2O.
Le diazote N2N_2, selon 4 NH3+3 O2→2 N2+6 H2O4\,NH_3 + 3\,O_2 \rightarrow 2\,N_2 + 6\,H_2O.
Le monoxyde d’azote NONO, selon 4 NH3+5 O2→4 NO+6 H2O4\,NH_3 + 5\,O_2 \rightarrow 4\,NO + 6\,H_2O.
Le dioxyde d’azote NO2NO_2, selon 2 NH3+3 O2→2 NO2+3 H2O2\,NH_3 + 3\,O_2 \rightarrow 2\,NO_2 + 3\,H_2O.

Le monoxyde d’azote $$NO$$, selon $$4\,NH_3 + 5\,O_2 \rightarrow 4\,NO + 6\,H_2O$$.

Explication

La première étape est une oxydation catalytique de l’ammoniac à haute température qui forme NONO, avec un catalyseur généralement à base de platine et de rhodium. Le NONO est ensuite oxydé en NO2NO_2 lors de l’étape suivante.

24. Quel est le résultat caractéristique d’une nitration aromatique ?

L’élimination d’un groupe carbonyle grâce à une base faiblement acide.
L’introduction d’un groupe nitrate –ONO2–ONO_2 grâce à l’ion chlorure Cl−Cl^-.
L’introduction d’un groupe nitro –NO2–NO_2 grâce à l’ion nitronium NO2+NO_2^+.
La formation d’un groupe ammonium –NH3+–NH_3^+ grâce à l’ammoniac aqueux.

L’introduction d’un groupe nitro $$–NO_2$$ grâce à l’ion nitronium $$NO_2^+$$.

Explication

La nitration introduit un groupe nitro –NO2–NO_2, souvent sur un cycle aromatique, et l’espèce électrophile active est l’ion nitronium NO2+NO_2^+. L’introduction de –ONO2–ONO_2 relève de la nitratation, qui constitue une transformation distincte.

25. Quelle distinction entre nitration et nitratation est correcte ?

La nitration introduit –NO2–NO_2, tandis que la nitratation introduit –ONO2–ONO_2 ou forme des nitrates.
La nitration forme des nitrates minéraux, tandis que la nitratation oxyde l’ammoniac en NONO.
La nitration introduit –ONO2–ONO_2, tandis que la nitratation introduit –NO2–NO_2 sur un cycle aromatique.
La nitration réduit les groupes nitro, tandis que la nitratation transforme NONO en NO2NO_2.

La nitration introduit $$–NO_2$$, tandis que la nitratation introduit $$–ONO_2$$ ou forme des nitrates.

Explication

La nitration et la nitratation se distinguent par le groupe introduit : –NO2–NO_2 pour la première et –ONO2–ONO_2 ou des nitrates pour la seconde. L’oxydation de l’ammoniac en NONO et celle de NONO en NO2NO_2 appartiennent au procédé d’Ostwald.

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À quel groupe et période appartient l’azote ?

Groupe 15 et 2e période.

Quelle est la configuration électronique de l’azote ?

1s2 2s2 2p31s^2\,2s^2\,2p^3.

Combien d’électrons de valence possède l’azote ?

5 électrons de valence.

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