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Bac 2026

Physique-Chimie – Amérique du Nord 2026, sujet 1 : correction détaillée

Spécialité Physique-Chimie · 3 h 30 · 3 exercices (9 + 6 + 5 points)

Corrigé

Correction rédigée par l'équipe BAC Révision, non officielle. Les énoncés sont reformulés avec leurs données : refais toujours les calculs et compare avec ton professeur.

Où trouver le sujet ? Cette page présente la correction. Le sujet officiel complet (PDF) et ses figures sont dans l'application BAC Révision.

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Exercice 1 : Valorisation du dioxyde de carbone dans les cimenteries9 points

Captage du CO2 par l'éthanolamine (base faible, mécanisme), contrôle qualité par titrage pH-métrique puis production de méthanol.

Documents du sujet Cet exercice s'appuie sur des figures ou documents du sujet : Étapes 1 et 2 du mécanisme de captage du CO2 ; Figure 1 : titrage pH-métrique de la solution S50. Ils sont affichés avec la correction dans l'application.

1.Q1Reproduire la formule topologique de l'éthanolamine (HO–CH2–CH2–NH2), entourer les groupes caractéristiques et nommer les familles.Touche pour voir la correction

À retenir −OH : alcool ; −NH2 : amine.

Démarche
  1. Chaîne de deux carbones, un groupe −OH à une extrémité et un groupe −NH2 à l'autre.
  2. −OH : groupe hydroxyle (famille des alcools) ; −NH2 : groupe amino (famille des amines, primaire).

RéponseGroupe hydroxyle (alcool) et groupe amino (amine).

1.Q2Vérifier que C = 3,3 mol·L⁻¹ pour la solution à 20 % en masse (d = 1,0 ; V = 1,0 L ; M = 61,0 g·mol⁻¹).Touche pour voir la correction

À retenir m(solution) = d × ρ_eau × V ; m(soluté) = titre × m ; C = n/V.

Démarche
  1. m(solution) = 1,0 × 1,00 × 1 000 = 1,0×10³ g.
  2. m(éthanolamine) = 0,20 × 1,0×10³ = 200 g.
  3. n = 200/61,0 ≈ 3,28 mol ; C = 3,28/1,0 ≈ 3,3 mol·L⁻¹.

RéponseC ≈ 3,3 mol·L⁻¹.

1.Q3Représenter le diagramme de prédominance du couple C2H8NO⁺/C2H7NO (pKA = 9,5).Touche pour voir la correction

À retenir pH < pKA : acide ; pH > pKA : base.

Démarche
  1. Axe de pH avec frontière en 9,5.
  2. À gauche (pH < 9,5) : C2H8NO⁺ ; à droite (pH > 9,5) : C2H7NO.

RéponseC2H8NO⁺ pour pH < 9,5 ; C2H7NO pour pH > 9,5.

1.Q4Sous quelle forme se trouve l'éthanolamine dans la solution (pH = 11) ?Touche pour voir la correction

À retenir On compare pH et pKA.

Démarche
  1. pH = 11 > pKA = 9,5.

RéponseLa forme basique C2H7NO prédomine.

1.Q5Donner l'expression du taux d'avancement τ.Touche pour voir la correction

À retenir τ = x_f/x_max.

Démarche
  1. Le taux d'avancement est le rapport de l'avancement final à l'avancement maximal.

Réponseτ = x_f/x_max.

1.Q6Exprimer x_max en fonction de C et V.Touche pour voir la correction

À retenir L'eau est en excès : le réactif limitant est l'éthanolamine.

Démarche
  1. Quantité initiale d'éthanolamine : C·V.
  2. Si la transformation était totale, C·V − x_max = 0.

Réponsex_max = C·V.

1.Q7Montrer que τ = Ke·c°/(C·10^(−pH)).Touche pour voir la correction

À retenir x_f = n(HO⁻)f = [HO⁻]·V et [H3O⁺] = c°·10^(−pH).

Démarche
  1. x_f = [HO⁻]·V.
  2. Ke = [H3O⁺][HO⁻]/c°² donc [HO⁻] = Ke·c°²/[H3O⁺] = Ke·c°/10^(−pH).
  3. τ = [HO⁻]·V/(C·V) = Ke·c°/(C·10^(−pH)).

Réponseτ = Ke·c°/(C·10^(−pH)).

1.Q8Calculer τ et commenter par rapport à la force de la base.Touche pour voir la correction

À retenir Base forte : τ ≈ 1 ; base faible : τ ≪ 1.

Démarche
  1. 10^(−11) = 1,0×10⁻¹¹ mol·L⁻¹.
  2. τ = 1,0×10⁻¹⁴ × 1 / (3,3 × 1,0×10⁻¹¹) ≈ 3,0×10⁻⁴.

Réponseτ ≈ 3×10⁻⁴ ≪ 1 : l'éthanolamine réagit très peu avec l'eau : c'est une base faible.

Vérification [HO⁻] = 10^(11−14) = 1,0×10⁻³ mol·L⁻¹ et 1,0×10⁻³/3,3 ≈ 3,0×10⁻⁴.

1.Q9Identifier un intermédiaire réactionnel en justifiant.Touche pour voir la correction

À retenir Un intermédiaire est formé puis consommé : il n'apparaît ni dans les réactifs ni dans les produits du bilan.

Démarche
  1. Sur la figure, l'étape 1 produit HO–CH2–CH2–NH2⁺–COO⁻ (N chargé +, O chargé −).
  2. Cette espèce est consommée à l'étape 2 (perte de H⁺ par l'azote) : elle apparaît puis disparaît et ne figure ni parmi les réactifs ni parmi les produits finaux du captage.
  3. C'est donc un intermédiaire réactionnel (ici un zwitterion, espèce globalement neutre).

RéponseHO–CH2–CH2–NH2⁺–COO⁻ (zwitterion) : formé à l'étape 1 et consommé à l'étape 2.

1.Q10Recopier l'étape 1 avec les flèches courbes et justifier leur sens.Touche pour voir la correction

À retenir Une flèche part d'un doublet (site donneur) vers un site accepteur.

Démarche
  1. Flèche 1 : du doublet non liant de l'atome N (site riche en électrons) vers l'atome de carbone du CO2 (formation de la liaison N–C).
  2. Flèche 2 : de la double liaison C=O vers l'atome O (qui devient O⁻).
  3. Justification : N est donneur (doublet non liant) ; le C du CO2, lié à deux O plus électronégatifs, est déficient en électrons (δ+) : accepteur.

RéponseDoublet de N vers C ; liaison π C=O vers O (apparition de O⁻ et de N⁺).

2.Q11Choisir le matériel pour préparer 250,0 mL de S50 à partir de S et justifier.Touche pour voir la correction

À retenir Volume à prélever = Vfille/F ; verrerie jaugée pour la précision.

Démarche
  1. V(S) = 250,0/50 = 5,0 mL.
  2. Prélever avec une pipette jaugée de 5,0 mL (précise).
  3. Utiliser une fiole jaugée de 250,0 mL, complétée à l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.

RéponsePipette jaugée de 5,0 mL et fiole jaugée de 250,0 mL (avec un bécher pour recueillir S).

2.Q12Définir l'équivalence d'un titrage.Touche pour voir la correction

À retenir Réactifs dans les proportions stœchiométriques.

Démarche
  1. À l'équivalence, les quantités de réactif titrant versé et de réactif titré initial sont dans les proportions stœchiométriques.

RéponseL'équivalence est atteinte quand le réactif titrant a été ajouté dans les proportions stœchiométriques du réactif titré.

2.Q13Déterminer V_E à partir de la courbe et expliquer la méthode.Touche pour voir la correction

À retenir Équivalence : saut de pH, extremum de la dérivée dpH/dV.

Démarche
  1. Méthode des tangentes impossible à tracer proprement ici : on utilise la courbe dérivée d(pH)/dV, dont l'extremum (minimum, ≈ −3,2) marque le point d'inflexion du saut de pH.
  2. L'abscisse de ce minimum se lit V ≈ 14,3 mL (à ± 0,2 mL) ; elle coïncide avec la chute rapide du pH entre 13 et 15 mL.

RéponseV_E ≈ 14,3 mL (± 0,2 mL).

Piège Le saut de pH est ici descendant (on ajoute un acide à une base).

2.Q14En déduire le titre massique en éthanolamine de S (C_A = 0,10 mol·L⁻¹ ; V_B = 25,0 mL de S50).Touche pour voir la correction

À retenir n(base) = C_A·V_E (1:1) ; on multiplie par 50 pour revenir à S.

Démarche
  1. À l'équivalence : n(éthanolamine dans V_B) = n(H3O⁺ versé) (coefficients 1:1) donc C50·V_B = C_A·V_E.
  2. C50 = C_A·V_E/V_B = 0,10 × 14,3 / 25,0 ≈ 5,7×10⁻² mol·L⁻¹.
  3. S a été diluée 50 fois : C(S) = 50 × 5,72×10⁻² ≈ 2,86 mol·L⁻¹.
  4. Concentration massique : Cm = C·M = 2,86 × 61,0 ≈ 174 g·L⁻¹.
  5. Densité 1,0 : 1 L de solution a une masse de 1 000 g, donc titre massique = 174/1 000 ≈ 17 %.

RéponseTitre massique ≈ 17 % d'éthanolamine.

2.Q15Commenter : la solution peut-elle capter le CO2 (tableau : 15 % efficacité faible ; 20 % bonne ; 25 % bonne à très bonne) ?Touche pour voir la correction

À retenir Le titre doit être au voisinage de 20 %.

Démarche
  1. 17 % est inférieur aux 20 % recommandés, entre 15 % (efficacité faible) et 20 % (bonne).
  2. La solution a donc perdu en efficacité ; elle est utilisable mais moins performante.

RéponseLa solution (≈ 17 %) est altérée : le captage serait moins efficace ; on peut l'utiliser avec une performance réduite ou mieux la ré-ajuster vers 20 %.

Piège Le résultat dépend de la lecture de V_E : 14,1 à 14,5 mL donnent 17,2 à 17,7 %.

3.Q16Écrire l'équation de formation du méthanol à partir de CO2 et H2.Touche pour voir la correction

À retenir Conservation des éléments C, O, H.

Démarche
  1. CO2 + 3 H2 → CH3OH + H2O (C : 1 ; O : 2 ; H : 6 des deux côtés).

RéponseCO2(g) + 3 H2(g) → CH3OH(ℓ) + H2O(ℓ)

3.Q17Déterminer la durée nécessaire pour produire 37 500 tonnes de H2 (55 kW·h par kg ; 330 MW).Touche pour voir la correction

À retenir Énergie = puissance × durée.

Démarche
  1. Énergie : 37 500×10³ kg × 55 kW·h = 2,06×10⁹ kW·h.
  2. Durée = 2,06×10⁹ / 3,3×10⁵ kW ≈ 6,25×10³ h ≈ 260 jours.

RéponseΔt ≈ 6,25×10³ h ≈ 260 jours.

3.Q18En déduire si la puissance des électrolyseurs est suffisante.Touche pour voir la correction

À retenir Comparer à la durée d'une année.

Démarche
  1. Une année : 365 × 24 = 8 760 h.
  2. 6,25×10³ h < 8,76×10³ h.

RéponseOui : la production de 37 500 t de H2 demande environ 260 jours de fonctionnement, donc moins d'une année : la puissance de 330 MW est suffisante.

Exercice 2 : L'effet photoélectrique et ses applications6 points

Effet photoélectrique sur le zinc (expérience de Lenard) puis rendement et dimensionnement d'une installation photovoltaïque.

Documents du sujet Cet exercice s'appuie sur des figures ou documents du sujet : Figure 2 : caractéristiques I(U) et P(U) du panneau. Ils sont affichés avec la correction dans l'application.

1.Q1Décrire l'effet photoélectrique.Touche pour voir la correction

À retenir Absorption d'un photon d'énergie suffisante par un matériau : émission d'un électron.

Démarche
  1. Un matériau, ici un métal, éclairé par une radiation de fréquence suffisante (au-dessus de la fréquence seuil) émet des électrons.
  2. Chaque photon cède son énergie à un électron : une partie sert à l'extraire (travail d'extraction), le reste devient énergie cinétique.

RéponseÉmission d'électrons par un métal éclairé par un rayonnement de fréquence supérieure à la fréquence seuil.

1.Q2Calculer la fréquence seuil ν_s du zinc (W_ext = 4,3 eV).Touche pour voir la correction

À retenir W_ext = h·ν_s.

Démarche
  1. W_ext = 4,3 × 1,60×10⁻¹⁹ = 6,88×10⁻¹⁹ J.
  2. ν_s = 6,88×10⁻¹⁹ / 6,63×10⁻³⁴ ≈ 1,04×10¹⁵ Hz.

Réponseν_s ≈ 1,04×10¹⁵ Hz.

1.Q3En déduire la longueur d'onde seuil et le domaine du spectre.Touche pour voir la correction

À retenir λ = c/ν.

Démarche
  1. λ_s = 3,00×10⁸ / 1,04×10¹⁵ ≈ 2,9×10⁻⁷ m = 289 nm.
  2. λ < 400 nm : ultraviolet.

Réponseλ_s ≈ 289 nm : domaine des ultraviolets.

1.Q4Justifier que l'effet se produit pour λ = 250 nm.Touche pour voir la correction

À retenir Condition : λ < λ_s (ou E_photon > W_ext).

Démarche
  1. 250 nm < 289 nm.
  2. Énergie du photon : h·c/λ = 6,63×10⁻³⁴ × 3,00×10⁸/250×10⁻⁹ ≈ 7,96×10⁻¹⁹ J ≈ 4,97 eV > 4,3 eV.

RéponseL'énergie des photons (≈ 4,97 eV) dépasse le travail d'extraction (4,3 eV) : l'effet se produit.

1.Q5Par un bilan d'énergie, montrer que v = √(2h·(ν − ν_s)/m_e).Touche pour voir la correction

À retenir h·ν = W_ext + ½·m_e·v² avec W_ext = h·ν_s.

Démarche
  1. Énergie du photon = travail d'extraction + énergie cinétique de l'électron.
  2. h·ν = h·ν_s + ½·m_e·v².
  3. v² = 2h·(ν − ν_s)/m_e.

Réponsev = √(2h·(ν − ν_s)/m_e).

1.Q6Calculer la vitesse d'éjection (λ = 250 nm).Touche pour voir la correction

À retenir ν = c/λ.

Démarche
  1. ν = c/λ = 3,00×10⁸/250×10⁻⁹ = 1,20×10¹⁵ Hz.
  2. ν_s = W_ext/h = 4,3 × 1,60×10⁻¹⁹ / 6,63×10⁻³⁴ = 1,038×10¹⁵ Hz (garder les chiffres avant de soustraire).
  3. ν − ν_s = 1,20×10¹⁵ − 1,038×10¹⁵ ≈ 1,62×10¹⁴ Hz.
  4. v = √(2 × 6,63×10⁻³⁴ × 1,62×10¹⁴ / 9,11×10⁻³¹) ≈ 4,9×10⁵ m·s⁻¹.

Réponsev ≈ 4,9×10⁵ m·s⁻¹.

Piège Différence de deux fréquences voisines : avec ν_s arrondi à 1,04×10¹⁵ Hz on trouve 4,8×10⁵ m·s⁻¹ ; conserver au moins 4 chiffres significatifs pour ν_s.

1.Q7Quel paramètre de la radiation influence la vitesse et dans quel sens faut-il le modifier pour l'augmenter ?Touche pour voir la correction

À retenir v dépend de ν (ou λ), pas de l'intensité.

Démarche
  1. v croît avec ν − ν_s.
  2. Pour augmenter v : augmenter la fréquence ν, c'est-à-dire diminuer λ.

RéponseLa fréquence (ou la longueur d'onde) : augmenter ν (diminuer λ) augmente v ; l'intensité lumineuse influe seulement sur le nombre d'électrons.

2.Q8Calculer le rendement du panneau (1 346 mm × 1 112 mm) à 800 W·m⁻² dans les conditions optimales.Touche pour voir la correction

À retenir η = P_max/(E·S) ; P_max est le maximum de la courbe de puissance à 800 W·m⁻².

Démarche
  1. S = 1,346 × 1,112 ≈ 1,50 m².
  2. P_lum = 800 × 1,50 ≈ 1,20×10³ W (1 197 W avec S = 1,4968 m²).
  3. Sur la figure 2 : P_max = 139 ± 1 W (pour U = 22 V).
  4. η = 139/1 197 ≈ 0,116.

Réponseη ≈ 11,6 %, soit environ 12 %.

Piège P_max est lu sur la courbe rouge de 800 W·m⁻² (échelle de droite) ; la lecture à ± 1 W donne un rendement compris entre 11,5 % et 11,7 %, soit 12 % arrondi.

2.Q9Déterminer le nombre de panneaux (consommation 7 500 kW·h/an dont la moitié à couvrir ; rendement annuel 10 % ; 4,1 kW·h·m⁻² par jour). Commenter.Touche pour voir la correction

À retenir Énergie électrique produite par panneau = énergie reçue × rendement.

Démarche
  1. Énergie à produire : 7 500/2 = 3 750 kW·h par an.
  2. Énergie reçue par m² : 4,1 × 365 ≈ 1 497 kW·h·m⁻² par an.
  3. Par panneau : 1 497 × 1,50 × 0,10 ≈ 2,2×10² kW·h par an.
  4. Nombre : 3 750/224 ≈ 16,7, soit 17 panneaux.

RéponseEnviron 17 panneaux, soit 17 × 1,5 ≈ 25 m² : surface réaliste pour une toiture de maison individuelle.

Vérification 17 × 224 ≈ 3 800 kW·h ≥ 3 750 kW·h.

Exercice 3 : La Wemba-mania5 points

Lancer franc au basket : mouvement dans un champ de pesanteur uniforme, équations horaires, trajectoire et réussite du tir.

Documents du sujet Cet exercice s'appuie sur des figures ou documents du sujet : Figure 1 : chronophotographie du lancer franc ; Figure 2 : x en fonction du temps ; Figure 3 : v_y en fonction du temps. Ils sont affichés avec la correction dans l'application.

Q1Donner, en justifiant, la nature du mouvement selon l'axe Ox.Touche pour voir la correction

À retenir x(t) linéaire en t : vitesse constante.

Démarche
  1. La figure 2 montre x en fonction de t : droite passant par l'origine, x = 4,0·t.
  2. La dérivée dx/dt = 4,0 m·s⁻¹ est constante.

RéponseMouvement rectiligne uniforme selon Ox.

Q2Déterminer v_x à l'aide de la figure 2.Touche pour voir la correction

À retenir v_x = dx/dt = coefficient directeur de la droite.

Démarche
  1. x = 4,0·t : le coefficient directeur vaut 4,0 m·s⁻¹.

Réponsev_x = 4,0 m·s⁻¹.

Q3Déterminer v_y0 à l'aide de la figure 3.Touche pour voir la correction

À retenir v_y0 est l'ordonnée à l'origine.

Démarche
  1. v_y = −9,7·t + 5,0 : à t = 0, v_y0 = 5,0 m·s⁻¹.

Réponsev_y0 = 5,0 m·s⁻¹.

Q4En déduire v0 et l'angle α avec l'horizontale.Touche pour voir la correction

À retenir v0 = √(v_x² + v_y0²) ; tan α = v_y0/v_x.

Démarche
  1. v0 = √(4,0² + 5,0²) = √41 ≈ 6,4 m·s⁻¹.
  2. α = arctan(5,0/4,0) ≈ 51°.

Réponsev0 ≈ 6,4 m·s⁻¹ ; α ≈ 51°.

Q5Exprimer a_x(t) et a_y(t) avec la loi de Newton.Touche pour voir la correction

À retenir 2e loi de Newton : m·a = m·g.

Démarche
  1. Seul le poids agit : m·a = m·g donc a = g.
  2. Axe Oy vers le haut : a_x = 0 ; a_y = −g.

Réponsea_x = 0 ; a_y = −g = −9,81 m·s⁻².

Q6Montrer que x(t) = 4,0·t et y(t) = −4,9·t² + 5,0·t + 3,05.Touche pour voir la correction

À retenir On intègre l'accélération avec les conditions initiales.

Démarche
  1. v_x = 4,0 m·s⁻¹ ; v_y = −g·t + 5,0 (la modélisation donne −9,7, proche de −9,81).
  2. x(t) = 4,0·t (x0 = 0).
  3. y(t) = −½·g·t² + 5,0·t + 3,05 = −4,9·t² + 5,0·t + 3,05 (y0 = 3,05 m).

Réponsex(t) = 4,0·t ; y(t) = −4,9·t² + 5,0·t + 3,05.

Q7Montrer que y = −0,31·x² + 1,3·x + 3,05.Touche pour voir la correction

À retenir On élimine t : t = x/4,0.

Démarche
  1. y = −4,9·(x/4,0)² + 5,0·(x/4,0) + 3,05.
  2. = −0,306·x² + 1,25·x + 3,05 ≈ −0,31·x² + 1,3·x + 3,05.

Réponsey(x) = −0,31·x² + 1,3·x + 3,05.

Q8Le lancer franc est-il réussi sans toucher le cercle ? (panier à 4,2 m, D = 0,45 m, cercle à h = 3,05 m, ballon d = 25 cm).Touche pour voir la correction

À retenir Le centre du ballon doit passer par le plan du cercle (y = 3,05 m) à l'intérieur de l'intervalle [x_c − (D − d)/2 ; x_c + (D − d)/2].

Démarche
  1. Marge : (D − d)/2 = (0,45 − 0,25)/2 = 0,10 m ; intervalle admissible : 4,10 m à 4,30 m.
  2. Trajectoire : y(4,2) = −0,31 × 4,2² + 1,3 × 4,2 + 3,05 ≈ 3,04 m.
  3. À x = 4,2 m, le centre du ballon est quasiment à la hauteur du cercle (3,05 m) : le ballon passe par le centre du panier.
  4. Autre vérification : y = 3,05 pour x = 1,3/0,31 ≈ 4,19 m, soit dans l'intervalle [4,10 ; 4,30].

RéponseOui, le lancer est réussi sans toucher le cercle : le centre du ballon traverse le plan du cercle vers x ≈ 4,19 m, au centre du panier.

Piège Avec les valeurs non arrondies (−4,905·t² ; 1,25·x) on trouve x ≈ 4,08 m, à 2 cm de la borne avant 4,10 m : la conclusion est très sensible aux arrondis. La réponse attendue s'appuie sur l'équation de la question 7.

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