Oui
Piles et oxydoréduction
Équilibre et sens d'évolution
Sujet Bac Corrigé - Protection des éoliennes en mer - Amérique du Nord Sujet 2 2021 - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2021
Terminale spécialité
⚡ Comment protéger de la corrosion les fondations en acier d'une éolienne de mer ? Cet exercice de 5 points du bac 2021 en Amérique du Nord (sujet 2), prévu pour environ 55 min, étudie la protection par anode sacrificielle.
- Partie A : quotient de réaction initial, sens d'évolution spontanée, pile aluminium-fer, signe de l'intensité affichée, identification de l'anode.
- Partie B : équation de la corrosion de l'aluminium, masse d'aluminium consommée en 25 ans avec la constante de Faraday, argument du constructeur.
Le corrigé détaillé explique chaque étape, avec les pièges et les méthodes à retenir. Sujet officiel et corrigé gratuits en PDF.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
Avez-vous bien cherché l'exercice ?
Une anode sacrificielle pour protéger l'acier en mer
Cet exercice de 5 points part d'une question industrielle concrète : les fondations en acier des éoliennes de mer se corrodent, et l'on peut les protéger en leur associant un métal qui s'oxyde à leur place. Le sujet fait travailler le quotient de réaction, le fonctionnement d'une pile et le lien entre charge électrique et quantité de matière. Les calculs sont simples, mais chaque conclusion doit être justifiée.
Partie A : la pile aluminium-fer
Quotient de réaction et concentrations (A.1 et A.2)
Les solides n'apparaissent pas dans le quotient de réaction, et chaque concentration est élevée à la puissance de son nombre stœchiométrique : 2 pour les ions aluminium, 3 pour les ions fer II. Pour les concentrations, il faut lire la formule des solutions : une mole de sulfate d'aluminium libère deux moles d'ions aluminium. Les deux concentrations valent donc 1,0 × 10-1 mol/L. Les deux solutions restent dans des béchers séparés : aucune dilution n'est à prendre en compte.
Sens d'évolution (A.3 et A.4)
Le calcul donne un quotient initial égal à 10, très inférieur à la constante d'équilibre K = 10166. Le système évolue dans le sens direct. Écrivez toujours la comparaison avant de conclure. On en déduit que l'aluminium est oxydé en ions aluminium à son électrode, tandis que les ions fer II sont réduits à l'autre.
Lecture de l'ampèremètre et anode (A.5 et A.6)
La question A.5 est la plus délicate. Les électrons partent de la plaque d'aluminium, le courant circule en sens inverse et entre dans l'ampèremètre par la borne COM, reliée à la plaque de fer : l'intensité affichée est négative, ce qui est cohérent. La méthode à suivre est de raisonner dans l'ordre : sens des électrons, sens du courant, puis borne d'entrée. L'anode, siège de l'oxydation, est la plaque d'aluminium : c'est elle qui se sacrifie.
Partie B : combien d'aluminium en 25 ans ?
Équation de corrosion (B.1)
On multiplie la demi-équation de l'aluminium par 4 et celle du dioxygène par 3 pour échanger 12 électrons, puis on additionne. Vérifiez les éléments et les charges : aucun électron ne doit rester dans l'équation finale.
Masse d'aluminium (B.2)
C'est la question centrale de la partie. La chaîne de calcul est à retenir pour toute pile ou électrolyse : charge Q = I·Δt avec la durée en secondes, quantité d'électrons Q/F, division par 3 car chaque atome d'aluminium cède trois électrons, puis multiplication par la masse molaire. Avec une intensité de l'ordre de 400 A pendant 25 ans, on trouve 2,9 × 107 g, soit environ 29 tonnes par éolienne. Oublier le facteur 3 ou laisser la durée en années sont les deux erreurs à éviter.
Argumenter (B.3)
Un argument suffit, mais il doit s'appuyer sur l'exercice : une masse d'aluminium considérable pour un parc de 62 éoliennes, ou le rejet d'ions métalliques dans l'eau de mer.
Conseils
Cet exercice récompense la rigueur du vocabulaire : oxydation à l'anode, réduction à la cathode, électrons et courant en sens opposés. Gardez deux chiffres significatifs en B.2, comme la durée et l'intensité données.