Oui
Électrolyse
Piles et oxydoréduction
Sujet Bac Corrigé - Anodisation d'une pièce d'échecs - Métropole Septembre 2025 Jour 1 - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 septembre 2025
Terminale spécialité
♟️ Comment colorer une pièce d'échecs en aluminium ? L'exercice 3 du bac 2025 de physique-chimie en Métropole (septembre, jour 1), sur 5 points et environ 53 minutes, étudie son anodisation par électrolyse.
- Préparation du bain : sécurité au laboratoire et masse d'acide sulfurique commercial à peser.
- Électrolyse : transformation forcée, demi-équations, anode et cathode, sens des électrons et des ions.
- Bilan quantitatif : masse d'alumine formée, épaisseur de la couche et rendement réel.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé, question par question, sont gratuits en PDF, avec les méthodes et les pièges à éviter.
Fiche de cours
Piles et électrolyse — Terminale spécialité physique-chimie
L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.
Voir la fiche de cours
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
Avez-vous bien cherché l'exercice ?
Corrigé interactif · 10 questions
0 / 10 vues
Cherche d'abord la question sur le sujet, puis compare avec ce qu'il faut écrire sur ta copie.
Q1Préciser, en justifiant, les précautions à prendre lors de la manipulation de l'acide sulfurique.
Le pictogramme indique que l'acide sulfurique commercial est corrosif : il attaque la peau et les yeux.
On le manipule avec une blouse, des gants et des lunettes de protection, sous la hotte.
Tu avais trouvé ?
Q2Déterminer la masse d'acide sulfurique commercial à peser pour préparer 500 mL de solution de concentration 180 g·L−1.
Données utiles cm=180 g⋅L−1 ; V=0,500 L ; titre massique w=98 %=0,98
Masse d'acide pur nécessaire : macide=cm×V=180×0,500=90,0 g.
L'acide commercial n'est pas pur : w=mcommacide, donc
mcom=wcm×V=0,98180×0,500=92 g
Il faut peser mcom=92 g d'acide sulfurique commercial.
Tu avais trouvé ?
Q3Indiquer si la transformation qui se déroule lors d'une électrolyse est une transformation d'oxydoréduction spontanée ou forcée.
Le générateur fournit de l'énergie électrique et impose le sens de circulation des électrons : le système évolue dans le sens inverse de son évolution spontanée.
La transformation est forcée.
Tu avais trouvé ?
Q4Écrire la demi-équation électronique de la transformation de l'aluminium en alumine, puis justifier que la pièce de jeu d'échecs constitue l'anode.
Données utiles couple AlX2OX3(s) / Al(s)
Indice Dans l'ordre : équilibrer l'élément Al, puis O avec HX2O, puis H avec HX+, enfin les charges avec les électrons. Vérifier : charge nulle de chaque côté.
2Al(s)+3HX2O(l)=AlX2OX3(s)+6HX+(aq)+6eX−
L'aluminium cède des électrons : il est oxydé. Cet aluminium est celui de la pièce, et l'anode est l'électrode siège d'une oxydation.
La pièce de jeu d'échecs, où se produit l'oxydation de Al, est l'anode.
Tu avais trouvé ?
Q5Écrire la demi-équation électronique modélisant la réduction de l'eau, puis justifier l'observation d'un dégagement gazeux au niveau de l'électrode en graphite.
Données utiles couples HX+(aq) / HX2(g) et OX2(g) / HX2O(l)
2HX+(aq)+2eX−=HX2(g)
Cette réduction a lieu à la cathode, c'est-à-dire sur l'électrode en graphite, et son produit est un gaz.
Des bulles de dihydrogène HX2(g) se dégagent sur l'électrode en graphite.
Tu avais trouvé ?
Q6En déduire que l'équation de la réaction modélisant cette électrolyse s'écrit
2Al(s)+3HX2O(l)AlX2OX3(s)+3HX2(g).
Les électrons cédés à l'anode sont tous captés à la cathode : on multiplie la réduction par 3 pour échanger 6 électrons.
2Al(s)+3HX2O(l)=AlX2OX3(s)+6HX+(aq)+6eX−
6HX+(aq)+6eX−=3HX2(g)
En additionnant, les 6 eX− et les 6 HX+ se simplifient :
2Al(s)+3HX2O(l)AlX2OX3(s)+3HX2(g) Tu avais trouvé ?
Q7Indiquer sur le schéma de l'annexe le sens de déplacement des électrons, les bornes + et – du générateur, et le sens de déplacement des ions HX+(aq) et SOX4X2−(aq) dans la solution.
Indice Dans une électrolyse, l'anode est reliée à la borne + et la cathode à la borne –. Les cations migrent vers la cathode, les anions vers l'anode.
Les électrons sont libérés par l'oxydation à l'anode (la pièce) : ils la quittent par le fil et rejoignent la borne + du générateur. Ils sortent par la borne – et arrivent à la cathode (le graphite), où la réduction les consomme.
Dans la solution, les cations HX+ vont vers la cathode et les anions SOX4X2− vers l'anode.
Borne + reliée à la pièce, borne – reliée au graphite ; électrons de la pièce vers le graphite par le circuit ; HX+ vers le graphite, SOX4X2− vers la pièce.
Annexe complétée : électrons, bornes du générateur et déplacement des ionsTu avais trouvé ?
Q8Déterminer la masse théorique d'alumine AlX2OX3(s) produite sur la pièce de jeu d'échecs au cours de cette électrolyse.
Données utiles I=0,55 A ; Δt=40 min ; F=96500 C⋅mol−1 ; Malumine=102 g⋅mol−1
Charge électrique débitée : Q=I×Δt, avec Δt=40×60=2400 s.
Quantité d'électrons échangés : Q=n(eX−)×F, donc n(eX−)=FI×Δt.
D'après la demi-équation de Q4, la formation d'une mole d'alumine libère 6 moles d'électrons : n(AlX2OX3)=6n(eX−).
Comme malumine=n(AlX2OX3)×Malumine :
malumine=6FI×Δt×Malumine=6×965000,55×2400×102=0,23 g
malumine=0,23 g
Tu avais trouvé ?
Q9En supposant un rendement d'anodisation de 100 %, déterminer si la coloration de la pièce de jeu d'échecs est possible.
Données utiles ρalumine=3,97 g⋅cm−3 ; malumine=0,23 g ; S=25 cm2 ; épaisseur minimale : 15 µm
La couche d'alumine d'épaisseur e recouvre la surface S : son volume est V=S×e.
Or ρalumine=Vmalumine, donc
e=ρalumine×Smalumine=3,97×250,23=2,3×10−3 cm
soit e=2,3×10−5 m=23 µm.
e=23 µm>15 µm : la coloration est possible.
Tu avais trouvé ?
Q10L'épaisseur de la couche d'alumine est en réalité voisine de 19 µm. Calculer le rendement réel de cette anodisation.
Données utiles ereˊelle=19 µm ; etheˊorique=23,2 µm (Q9, valeur non arrondie)
Le rendement est η=mtheˊoriquemreˊelle. Comme m=ρalumine×S×e, la masse est proportionnelle à l'épaisseur :
η=etheˊoriqueereˊelle=23,219=0,82
η=0,82, soit un rendement d'environ 82 %.
Tu avais trouvé ?
Traitement de surface d'une pièce de jeu d'échecs : un exercice de 5 points
Le troisième exercice du bac 2025 de physique-chimie en Métropole (session de septembre, jour 1) compte 5 points, pour une durée conseillée d'environ 53 minutes. Il porte sur l'anodisation d'une pièce de jeu d'échecs en aluminium : une électrolyse fait croître à sa surface une couche d'alumine, qui doit être assez épaisse pour pouvoir être colorée. En 10 questions, l'exercice part de la préparation du bain et aboutit à un calcul de rendement.
Préparer le bain d'anodisation (Q1 et Q2)
Le pictogramme de l'acide sulfurique indique un produit corrosif : blouse, gants, lunettes et hotte s'imposent. La question demande de justifier, il faut donc nommer le danger avant de citer les protections. Pour préparer 500 mL à 180 g·L-1, il faut 90,0 g d'acide pur ; l'acide commercial n'étant pur qu'à 98 %, on divise par 0,98 et l'on pèse environ 92 g. L'erreur classique est de multiplier par 0,98 : il faut plus de liquide commercial que d'acide pur, pas moins.
Comprendre l'électrolyse (Q3 à Q7)
Le générateur impose le sens de circulation des électrons : la transformation est forcée, à l'inverse d'une pile où elle est spontanée. La demi-équation du couple Al2O3/Al s'équilibre dans l'ordre habituel (aluminium, oxygène avec l'eau, hydrogène avec H+, charges avec les électrons) : 2 Al + 3 H2O = Al2O3 + 6 H+ + 6 e-. L'aluminium est oxydé, la pièce est donc l'anode. Sur l'électrode en graphite, la réduction de l'eau s'écrit 2 H+ + 2 e- = H2 : le dégagement gazeux observé est du dihydrogène. Le piège est de choisir le couple O2/H2O, dans lequel l'eau ne peut qu'être oxydée. En multipliant la réduction par 3 et en additionnant, électrons et ions H+ se simplifient et l'on retrouve l'équation de l'électrolyse. Sur le schéma, la borne + est reliée à la pièce et la borne - au graphite ; les électrons circulent dans les fils de la pièce vers le graphite, tandis que dans la solution les ions H+ migrent vers la cathode et les ions sulfate vers l'anode. Aucun électron ne circule dans le bain.
Masse d'alumine, épaisseur et rendement (Q8 à Q10)
La charge débitée vaut Q = I·Δt avec une durée convertie en secondes (2 400 s). La quantité d'électrons s'obtient avec la constante de Faraday, et la demi-équation montre qu'une mole d'alumine correspond à six moles d'électrons. On obtient une masse théorique d'environ 0,23 g, valeur que l'énoncé redonne plus loin et qui permet de se contrôler. Répartie sur 25 cm2 avec une masse volumique de 3,97 g·cm-3, cette masse forme une couche d'environ 23 µm, supérieure aux 15 µm requis : la coloration est possible. Avec une épaisseur réelle voisine de 19 µm, le rendement vaut environ 82 % ; un calcul à partir de l'épaisseur arrondie donne 83 %, les deux sont acceptables.
Pièges et conseils
Trois oublis font perdre des points dans la partie quantitative : laisser la durée en minutes, oublier le facteur 6 entre électrons et alumine, et mal convertir les centimètres en micromètres (1 cm = 104 µm). Retenez aussi le duo de base de l'électrolyse : oxydation à l'anode reliée à la borne +, réduction à la cathode reliée à la borne -. Le corrigé détaillé reprend chaque question, avec l'annexe complétée et tous les calculs.