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Sujets et corrigés du bac de physique-chimie 2026

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Sujet Bac Corrigé - Batteries à flux redox - Amérique du Nord 2024 Jour 1 - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)

🔋 Stocker l'électricité avec des molécules organiques : l'exercice 2 du bac 2024 de physique-chimie en Amérique du Nord (jour 1), sur 5 points, étudie une batterie à flux redox.

  • Oxydoréduction : demi-équations des couples BQDS et AQS, oxydant et réducteur, polarité des électrodes, sens des ions H+ à travers la membrane.
  • Capacité et quantité de matière : Q = IΔt, constante de Faraday, volume d'électrolyte avec un rendement de 70 %.
  • Énergie : puissance, énergie en W·h et énergie volumique comparée au seuil du marché.

Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les pièges à éviter à chaque question.

Fiche de cours

Piles et électrolyse — Terminale spécialité physique-chimie

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Q1
Écrire les deux réactions électrochimiques qui modélisent les transformations se produisant aux électrodes.

Données utiles couples et

Q2
Définir un oxydant. Identifier l'oxydant et le réducteur lors de la transformation .
Q3
Déterminer, à l'aide des polarités de la cellule et des équations aux électrodes, si la solution de BQDS est l'électrolyte 1 ou l'électrolyte 2. Justifier.

Données utiles figure 1 : l'électrolyte 1 baigne l'électrode , l'électrolyte 2 l'électrode

Q4
Déterminer le sens de circulation des ions à travers la membrane. Justifier.
Q5
Montrer que la capacité électrique de la cellule a une valeur proche de C.

Données utiles A ; h

Q6
Déterminer le volume de chaque électrolyte nécessaire au fonctionnement de la cellule, puis le volume réel sachant que seulement 70 % des électrons contribuent au courant.

Données utiles C (Q.5) ; ;

Q7
Déterminer le volume total de chaque électrolyte nécessaire au fonctionnement du système de 60 cellules pendant 6,0 h.

Données utiles L par cellule (Q.6)

Q8
Proposer une solution simple pour doubler la durée de fonctionnement du système à puissance délivrée constante.
Q9
Déterminer la puissance électrique du système. En déduire l'énergie, en W·h, produite lorsqu'il délivre du courant pendant 6,0 h.

Données utiles V ; A ; h

Q10
Déterminer si la batterie à flux redox étudiée peut se positionner sur le marché. Justifier.

Données utiles W·h (Q.9) ; L par électrolyte (Q.7) ; seuil :

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Une batterie à flux redox organique : un exercice de 5 points

Le deuxième exercice du bac 2024 de physique-chimie en Amérique du Nord (jour 1) vaut 5 points, soit un peu moins d'une heure de travail. Il porte sur une batterie à flux redox dont les deux électrolytes contiennent des molécules organiques, BQDS et AQS, stockées dans des réservoirs. Les 10 questions mobilisent le chapitre des piles : demi-équations, fonctionnement d'une cellule, capacité électrique et constante de Faraday, puis puissance et énergie.

Demi-équations, oxydant et réducteur (Q1 et Q2)

Chaque couple échange deux électrons et deux ions H+ : BQDS + 2 H+ + 2 e- = H2BQDS, et de même pour AQS. On équilibre les atomes H avec les ions H+, puis les charges avec les électrons. Un oxydant est une espèce capable de capter des électrons. Lors de la décharge, BQDS est réduit : c'est l'oxydant ; H2AQS est oxydé : c'est le réducteur. Le piège est de chercher l'oxydant et le réducteur parmi les produits alors que ce sont les deux réactifs.

Polarité et rôle de la membrane (Q3 et Q4)

En mode pile, les électrons arrivent à l'électrode positive, où se produit la réduction. La solution de BQDS, espèce réduite, est donc l'électrolyte 1, en contact avec l'électrode positive. Du côté négatif, l'oxydation de H2AQS produit des ions H+ ; du côté positif, la réduction de BQDS en consomme. Les ions H+ traversent donc la membrane de l'électrolyte 2 vers l'électrolyte 1, ce qui maintient chaque solution électriquement neutre, comme le ferait un pont salin.

Capacité et volumes d'électrolyte (Q5 à Q8)

La capacité vaut Q = IΔt = 250 × 6,0 × 3600 = 5,4 × 106 C, avec la durée en secondes : 250 × 6,0 donnerait des ampères-heures. La chaîne de calcul suivante est à retenir : n(e-) = Q/F, puis le facteur 2 de la demi-équation, puis n = CV. On trouve 28 L par électrolyte en théorie. Comme seulement 70 % des électrons contribuent au courant, il faut diviser par 0,70 et non multiplier : 40 L par cellule. Les 60 cellules en série consomment chacune leurs réactifs, d'où 2,4 × 103 L de chaque électrolyte. Pour doubler la durée à puissance constante, il suffit de doubler le volume des réservoirs ; doubler le nombre de cellules doublerait la tension et la puissance.

Puissance, énergie et marché (Q9 et Q10)

La puissance vaut P = UI = 1,5 × 104 W et l'énergie délivrée en 6,0 h vaut 9,0 × 104 W·h. Garder la durée en heures évite d'obtenir des joules alors que l'énoncé demande des W·h. L'énergie volumique se calcule avec le volume total des deux électrolytes : 19 W·h/L, au-dessus du seuil de 10 W·h/L, donc la batterie peut se positionner sur le marché. Diviser par le volume d'un seul électrolyte donne une valeur double.

Conseils pour cet exercice

Associez systématiquement chaque demi-équation à une électrode avant de raisonner sur les polarités ou les ions. Dans les calculs, vérifiez le sens d'un rendement : un rendement inférieur à 1 impose de prévoir davantage de réactif. Enfin, surveillez les unités demandées, coulombs ou ampères-heures, joules ou W·h.