Bac Physique-Chimie · Métropole septembre 2025 · Jour 1 · Réf. 25-PYCJ1ME3

Exercice 3 — Traitement de surface d'une pièce d'échecs

Anodisation de l'aluminium par électrolyse : demi-équations, masse d'alumine, coloration.
5 points · 10 questions · Exercice 3 / 3

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Exercice 3 — Traitement de surface d'une pièce de jeu d'échecs (5 points)

L'anodisation transforme l'aluminium Aℓ(s) en alumine Aℓ₂O₃(s) en surface, par électrolyse, pour protéger de la corrosion et permettre une coloration. On étudie l'anodisation d'une pièce d'échecs.

Données : H₂SO₄ : M = 98,1 g·mol⁻¹, densité 1,83, titre massique 98 %. M(Aℓ₂O₃) = 102 g·mol⁻¹. Couple Aℓ₂O₃/Aℓ. Couples de l'eau : H⁺/H₂ et O₂/H₂O. F = 96 500 C·mol⁻¹. Anode = oxydation, cathode = réduction.

1. Préparation du bain

Q1. Précautions lors de la manipulation de l'acide sulfurique.
Q2. Masse d'acide sulfurique commercial à peser pour 500 mL à 180 g·L⁻¹.

2. Anodisation

La pièce (anode) est immergée dans le bain ; la cathode est en graphite inerte.

G+−anode (pièce Aℓ)cathode (graphite)bain H₂SO₄
Montage d'électrolyse : anode = pièce d'aluminium (borne +), cathode = graphite (borne −), bain d'acide sulfurique
Q3. Transformation spontanée ou forcée ?
Q4. Demi-équation Aℓ → Aℓ₂O₃ ; justifier que la pièce est l'anode.
Q5. Demi-équation de réduction de l'eau ; justifier le dégagement gazeux au graphite.
Q6. En déduire l'équation : 2 Aℓ + 3 H₂O → Aℓ₂O₃ + 3 H₂.
Q7. Indiquer sur le schéma (électrons, bornes, sens des ions).
Q8. Masse théorique d'alumine (I = 0,55 A pendant 40 min).

3. Coloration

La couche d'alumine est poreuse ; la coloration est possible si l'épaisseur ≥ 15 µm. Données : ρ_alumine = 3,97 g·cm⁻³ ; m_alumine = 0,23 g ; S = 25 cm².

Aℓ (métal)alumine ~19 µm (poreuse)
Couche d'alumine Aℓ₂O₃ poreuse en surface (coloration possible si ≥ 15 µm)
Q9. La coloration est-elle possible (rendement 100 %) ?
Q10. L'épaisseur réelle est ~19 µm : calculer le rendement réel.
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
L'anodisationAnodisation : électrolyse qui transforme l'aluminium de surface en alumine (Aℓ₂O₃), couche poreuse qui protège et permet la coloration. transforme l'aluminium en alumine par électrolyse. On étudie ce traitement sur une pièce d'échecs, puis sa coloration.
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