Le sujet de baccalauréat de Physique, Chimie et Mathématiques 2024 en spécialité STI2D, est composé de 4 exercices :

Exercice : Il y avait les Ondes sonores avec une partie mathématiques ( 4 points) 

 Exercice 2 : Sur la Radioactivité ( 4 points) 

Exercice 3 : Mathématiques – Etude d’une équation différentielle de 2er ordre ( 4 points) 

 Exercice 4 : Première partie sur le travail d’une force de frottement – La deuxième partie sur la combustion et l’empreinte Carbone ( 8 points). 

L’usage de la calculatrice reste autorisé, mais en mode examen.

On vous propose une correction, qu’on doit encore vérifier dans les prochains 48h.

Sujet Bac Physique Chimie et Mathématiques en STI2D 2024 

Correction du Sujet Bac Physique Chimie et Mathématiques en STI2D 2024 

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l’Oxydoréduction

Introduction à l’Oxydoréduction

Les réactions d’oxydoréduction, ou réactions redox, sont des réactions chimiques au cours desquelles il y a transfert d’électrons entre deux espèces chimiques. Elles jouent un rôle crucial dans de nombreux processus chimiques et biologiques, y compris la respiration cellulaire, la corrosion des métaux, et la production d’énergie dans les piles et batteries.

Définitions et Concepts de Base

Oxydant et Réducteur

• Oxydant: Une substance qui accepte des électrons lors d’une réaction chimique. En acceptant des électrons, l’oxydant est réduit.
• Réducteur: Une substance qui donne des électrons lors d’une réaction chimique. En donnant des électrons, le réducteur est oxydé.

Réaction d’Oxydoréduction

Une réaction d’oxydoréduction peut être décomposée en deux demi-réactions:

• Demi-réaction d’oxydation: Le réducteur perd des électrons. Reducteur→Oxydant+e
• Demi-réaction de réduction: L’oxydant gagne des électrons. Oxydant+electrons→Reducteur

Exemple de Réaction d’Oxydoréduction

Prenons l’exemple de la réaction entre le zinc (Zn) et les ions cuivre : Zn+Cu²⁺→Zn²⁺+Cu

Demi-réaction d’oxydation (le zinc perd des électrons): Zn→Zn²⁺+2eˊ

Demi-réaction de réduction (les ions cuivre gagnent des électrons): Cu²⁺+2eˊ−→Cu 

Potentiel Redox

Le potentiel redox, ou potentiel d’électrode, est une mesure de la tendance d’une substance à gagner ou perdre des électrons. Il est mesuré en volts (V) par rapport à une électrode de référence. Plus le potentiel redox est élevé, plus la substance a tendance à se réduire (agir comme un oxydant).

Exercices Sur l’Oxydoreduction  : 

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La combustion complète et incomplète et le calcul des enthalpies 

1. Introduction à la combustion

La combustion est une réaction chimique exothermique entre un combustible et un comburant, généralement l’oxygène de l’air, produisant de la chaleur et souvent de la lumière. La combustion peut être complète ou incomplète en fonction de la disponibilité de l’oxygène.

2. Combustion complète

Définition : La combustion complète se produit lorsque le combustible brûle en présence d’une quantité suffisante d’oxygène, produisant des produits de combustion parfaitement oxydés, comme le dioxyde de carbone (CO2) et l’eau (H2O).

Équation générale de la combustion complète : Combustible + O2 → CO2 + H2O + Énergie

Exemples de combustion complète :

• Combustion du méthane (CH4) : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
• Combustion du propane (C3H8) : C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O

3. Combustion incomplète

Définition : La combustion incomplète se produit lorsque le combustible brûle en présence d’une quantité insuffisante d’oxygène, produisant des produits de combustion partiellement oxydés, comme le monoxyde de carbone (CO) et de l’eau (H2O).

Équation générale de la combustion incomplète : Combustible + O2 → CO + H2O + Énergie (moins d’énergie que la combustion complète)

Exemple de combustion incomplète :

• Combustion du méthane (CH4) : 2 CH4 + 3 O2 → 2 CO + 4 H2O

4. Calcul des enthalpies de réaction

L’enthalpie de réaction (ΔHr) est la variation d’enthalpie au cours d’une réaction chimique. Elle peut être calculée en utilisant les enthalpies de formation standard (ΔHf°) des réactifs et des produits.

Formule : ΔHr = Σ ΔHf°(produits) – Σ ΔHf°(réactifs)

Exemples de calcul des enthalpies de combustion complète :

• Combustion du méthane (CH4) :Équation équilibrée : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2OEnthalpies de formation standard (ΔHf°) :
  • ΔHf°(CH4) = -74,8 kJ/mol
  • ΔHf°(O2) = 0 kJ/mol
  • ΔHf°(CO2) = -393,5 kJ/mol
  • ΔHf°(H2O) = -241,8 kJ/mol

  Calcul de l’enthalpie de réaction (ΔHr) : ΔHr = [ΔHf°(CO2) + 2 ΔHf°(H2O)] – [ΔHf°(CH4) + 2 ΔHf°(O2)] ΔHr = [-393,5 + 2(-241,8)] – [-74,8 + 2(0)] ΔHr = [-393,5 – 483,6] – [-74,8] ΔHr = -877,1 + 74,8 ΔHr = -802,3 kJ/mol

  La combustion de 1 mol de méthane libère donc 802,3 kJ d’énergie.

• Combustion du propane (C3H8) :Équation équilibrée : C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2OEnthalpies de formation standard (ΔHf°) :
  • ΔHf°(C3H8) = -103,8 kJ/mol
  • ΔHf°(O2) = 0 kJ/mol
  • ΔHf°(CO2) = -393,5 kJ/mol
  • ΔHf°(H2O) = -241,8 kJ/mol

  Calcul de l’enthalpie de réaction (ΔHr) : ΔHr = [3 ΔHf°(CO2) + 4 ΔHf°(H2O)] – [ΔHf°(C3H8) + 5 ΔHf°(O2)] ΔHr = [3(-393,5) + 4(-241,8)] – [-103,8 + 5(0)] ΔHr = [-1180,5 – 967,2] – [-103,8] ΔHr = -2147,7 + 103,8 ΔHr = -2043,9 kJ/mol

  La combustion de 1 mol de propane libère donc 2043,9 kJ d’énergie.

5. Importance de la combustion complète et incomplète

Efficacité énergétique :

• La combustion complète maximise l’énergie extraite du combustible.
• La combustion incomplète produit moins d’énergie et est moins efficace.

Impact environnemental :

• La combustion complète minimise la production de polluants nocifs tels que le monoxyde de carbone (CO) et les hydrocarbures non brûlés.
• La combustion incomplète produit des polluants qui sont dangereux pour la santé humaine et l’environnement.

Applications pratiques :

• La combustion complète est utilisée dans les moteurs à combustion interne, les chaudières, les fours et autres dispositifs où une combustion efficace est nécessaire.
• La combustion incomplète doit être évitée pour améliorer l’efficacité énergétique et réduire les émissions polluantes.

La compréhension des processus de combustion complète et incomplète est essentielle pour optimiser les systèmes de combustion, améliorer l’efficacité énergétique et minimiser les impacts environnementaux. Les calculs d’enthalpie permettent de quantifier l’énergie libérée lors de ces réactions, ce qui est crucial pour la conception et l’optimisation des applications industrielles et domestiques utilisant la combustion.

EXERCICE AVEC CORRECTION SUR LA COMBUSTION 

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Le sujet du baccalauréat 2023 DE PHYSIQUE-CHIMIE ET MATHEMATIQUES :

Les thèmes qui sont tombés : 

• Principe fondamental de la dynamique pour un mouvement de translation.
• Les ondes sonores 
• Transfert Thermique
• Energie
• Fonction exponentielle
• Nombres Complexes 
• Equations différentielles
  La durée de l’épreuve est de 3 heures. les calculatrices passent en mode examen.

SUJET DE PHYSIQUE CHIMIE ET MATHEMATIQUES BACCALAUREAT 2023 

Correction des exercices 1 et 2 : 

Correction des exercices 3 et 4 : 

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Le sujet du bac blanc de physique-Chimie et mathématiques porte sur l’étude d’un drone. Les élèves ont traité plusieurs points qui balayent plusieurs chapitres du programme.  

• Etude cinématique

• Etude Dynamique

• Etude Energétique

• Etude de la batterie au Lithium du drone

• Drones hybrides (Combustion)

• Les nombres complexes

• L’étude d’une fonction exponentielle

 Sujet du bac blanc physique-chimie – Mathématiques STI2D  : 

La correction de la partie physique :

 Correction de la partie mathématiques :

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L’irradiation solaire est une densité énergétique qui mesure la quantité d’énergie solaire reçue par unité de surface. Elle peut être exprimée en Watts par mètre carré  dans le Système international d’unités.

L’énergie E que fournit un convertisseur d’énergie est proportionnelle à la durée t de la conversion. Le coefficient de proportionnalité entre ces grandeurs est nommé puissance et se note P. On a E = P × t.

L’énergie est une grandeur qui caractérise la capacité de modifier l’état d’un système. La puissance instantanée p(t) est la dérivée temporelle de l’énergiepar rapport au temps : p(t) = dE(t)/dt . Dans le cas où la courbe de l’énergie c’est des morceaux de droites, la courbe de la puissance instantanée p(t) peut être déduite en calculant la pente de chaque morceaux de droite de la courbe E(t).

La Correction :

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Le Bac Blanc de la spécialité : Science – Physique et mathématiques en STI2D est basé sur les thèmes ci-dessous : 

En Physique et Chimie :

– L’oxydo-réduction

– Les acides et les bases

– Transfert thermique

– La puissance électrique

 Et en mathématiques :

– La fonction exponentielle 

– Les nombres complexes

Sujet du bac blanc Science – Physique et maths Spécialité STI2D – 2022

Correction de la partie : Science-Physique

Correction de la partie mathématiques: 

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