Bac 2027 · spécialité physique-chimie

Mécanisme réactionnel : flèches courbes, intermédiaires

Une équation ne dit que le départ et l’arrivée ; le mécanisme raconte le trajet, acte après acte, avec les doublets d’électrons qui se déplacent. Écrire cette suite d’actes, y repérer les intermédiaires et le catalyseur, puis tracer les flèches courbes : trois gestes de terminale travaillés ici en vue de l’écrit de spécialité du bac.

Au bac de physique-chimie : dans 15 des 35 sujets de 2024 à 2026 (questions : 33).

L’essentiel

ce qu’il faut savoir
  • Le mécanisme réactionnel découpe une transformation en actes élémentaires, chacun mettant en jeu une ou deux entités qui se rencontrent. Empiler les actes, puis éliminer ce qui figure à la fois en réactif et en produit, restitue l’équation de la réaction.
  • Une espèce qui naît dans un acte pour disparaître dans un autre est un intermédiaire ; une espèce qui sert au début puis réapparaît telle quelle plus loin est un catalyseur. Aucune des deux ne se lit dans l’équation de la réaction.
  • Chaque flèche courbe suit un doublet d’électrons : sa queue se place sur le donneur, doublet non liant ou doublet d’une liaison, sa pointe sur l’accepteur, atome positif ou chargé δ+\delta^+.
  • La vitesse d’un acte élémentaire dépend du nombre de rencontres entre entités, et de la part d’entre elles qui sont bien orientées et assez énergétiques.

L’épreuve écrite de spécialité physique-chimie dure 210 minutes et est notée sur 20 : trois exercices indépendants, et à partir de la session 2027 deux points pour la maîtrise de la langue. Elle compte pour 80 % de la note de la spécialité ; l’évaluation des compétences expérimentales, une heure au laboratoire, pour 20 %. Le sujet dit si la calculatrice est autorisée.

De l’équation au mécanisme

Un acte élémentaire est une étape qui se déroule telle qu’on l’écrit, par la rencontre d’une ou deux entités. Exemple : l’hydratation de l’éthène en éthanol, catalysée par un acide, se décrit en trois actes, que le tableau donne.

Écris la somme des trois équations : les ions CX2HX5X+\ce{C2H5+}, CX2HX5OHX2X+\ce{C2H5OH2+}, HX3OX+\ce{H3O+} et une molécule d’eau figurent en réactif et en produit, donc ils s’éliminent. Reste CX2HX4+HX2O→CX2HX5OH\ce{C2H4 + H2O -> C2H5OH} : c’est le bilan que le mécanisme explique.

Ici, CX2HX5X+\ce{C2H5+} et CX2HX5OHX2X+\ce{C2H5OH2+} naissent puis disparaissent : ce sont des intermédiaires. L’ion HX3OX+\ce{H3O+} part dans l’acte 1 et revient dans l’acte 3 : c’est le catalyseur. Tu retrouves ainsi, sur un exemple, les deux définitions que le programme demande de savoir appliquer.

ActeÉquationCe qui est consommé ou formé
1CX2HX4+HX3OX+→CX2HX5X++HX2O\ce{C2H4 + H3O+ -> C2H5+ + H2O}HX3OX+\ce{H3O+} consommé ; CX2HX5X+\ce{C2H5+} formé
2CX2HX5X++HX2O→CX2HX5OHX2X+\ce{C2H5+ + H2O -> C2H5OH2+}CX2HX5X+\ce{C2H5+} consommé ; CX2HX5OHX2X+\ce{C2H5OH2+} formé
3CX2HX5OHX2X++HX2O→CX2HX5OH+HX3OX+\ce{C2H5OH2+ + H2O -> C2H5OH + H3O+}CX2HX5OHX2X+\ce{C2H5OH2+} consommé ; HX3OX+\ce{H3O+} régénéré

Tracer les flèches courbes

Dans le schéma de Lewis d’une entité, un trait entre deux atomes figure un doublet liant et un trait posé contre un atome un doublet non liant. La polarité d’une liaison vient de l’électronégativité : l’atome le plus électronégatif attire les électrons de la liaison et porte une charge partielle négative, l’autre une charge partielle positive. Ces deux notions viennent du programme de première ; le mécanisme les suppose acquises.

Pour tracer une flèche, repère d’abord qui donne, un doublet non liant, voire une liaison riche en électrons, puis qui reçoit, un atome positif ou polarisé positivement. La queue de la flèche se place sur le donneur, la pointe sur l’accepteur.

Sur le schéma du premier acte de l’exemple, la flèche 1 conduit le doublet de la liaison C=C\ce{C=C} vers l’hydrogène de l’ion oxonium. Cet hydrogène ne peut pas garder aussi la liaison avec l’oxygène : la flèche 2 envoie le doublet de la liaison O−H\ce{O-H} sur l’oxygène, qui redevient une molécule d’eau neutre.

H₂CCH₂HO⁺HH12

Concentration, température et catalyseur à l’échelle des entités

Un acte n’a lieu que si deux entités se rencontrent bien orientées et avec assez d’énergie. Quand la concentration d’un réactif augmente, il y a plus d’entités par unité de volume : les rencontres sont plus fréquentes, donc l’acte est plus rapide.

Quand la température augmente, une plus grande part des rencontres atteint l’énergie nécessaire : elles sont plus souvent efficaces. Un catalyseur change le mécanisme lui-même : il ouvre un chemin dont les actes demandent moins d’énergie.

Les mots du programme

mécanisme réactionnel
Suite d’actes élémentaires qui modélise, à l’échelle des entités, la transformation d’un système.
acte élémentaire
Étape d’un mécanisme qui se produit exactement comme elle est écrite, par la rencontre d’une ou deux entités.
intermédiaire réactionnel
Espèce qui apparaît dans un acte du mécanisme et disparaît dans un acte suivant, sans jamais figurer dans le bilan.
catalyseur
Espèce qui rend une transformation plus rapide sans être consommée : prise dans un acte du mécanisme, elle est régénérée dans un autre, se retrouve inchangée à la fin et ne figure pas dans l’équation de la réaction.
flèche courbe
Flèche dont la queue part d’un doublet d’électrons et dont la pointe indique où ce doublet se rend.
site donneur et site accepteur
Le donneur fournit le doublet : doublet non liant, ou doublet d’une liaison ; l’accepteur le reçoit : atome positif ou polarisé positivement.
schéma de Lewis
Représentation d’une entité où un trait entre deux atomes figure un doublet liant et un trait contre un atome un doublet non liant.
électronégativité
Aptitude d’un atome à attirer vers lui les électrons d’une liaison ; elle polarise la liaison.

Une question du sujet

source : éduscol
Une vraie question d’un sujet du bac, mot pour mot, avec les lignes de l’exercice dont elle a besoin. Cherche-la avant de lire le corrigé.
Question d’un sujetbac

Bac 2026, Métropole, jour 1 — exercice 3, question 1

Question 1

Q1. Définir un intermédiaire réactionnel.

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2026, spécialité physique-chimie, Métropole, jour 1, exercice 3, question 1 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol · Faire le sujet gratuitement

Question d’un sujetbac

Bac 2026, Antilles-Guyane, jour 2 — exercice 3, question 2

Exercice 3 — Traitement de l’eau d’une piscine — 1. Formation des chloramines

Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
[…] Les matières biologiques d’origine humaine conduisent à la formation d’ammoniaque NHX3(aq)\ce{NH3(aq)} qui réagit avec l’acide hypochloreux HClO(aq)\ce{HClO(aq)} pour former des chloramines à l’origine de l’odeur « de chlore » et des irritations des yeux. Le mécanisme réactionnel de cette transformation se décompose en plusieurs actes élémentaires figurant dans l’ANNEXE 2 À RENDRE AVEC LA COPIE. […]

Question 2

Q2. Établir l’équation de la réaction modélisée par le mécanisme réactionnel fourni.

Source : ministère de l’Éducation nationale – éduscol, bac 2026, spécialité physique-chimie, Antilles-Guyane, jour 2, exercice 3, question 2 (Licence Ouverte / etalab-2.0). Corrigé : Kleksa (non officiel). · Le sujet sur éduscol

Dans les sujets

compté par sujet
Les sujets de 2024 à 2026 qui ont posé une question sur cette notion : dans 15 des 35 sujets, sans compter les sujets de remplacement et de secours.
SujetQuestions
Bac 2026, Amérique du Nord, jour 11.9, 1.10
Bac 2026, Antilles-Guyane, jour 23.1, 3.2
Bac 2026, Métropole, jour 13.1, 3.2, 3.3, 3.4
Bac 2026, Polynésie, jour 11.8
Bac 2025, Amérique du Nord, jour 11.2, 1.3
Bac 2025, Amérique du Sud, jour 21.4
Bac 2025, Asie, jour 12.2
Bac 2025, Centres étrangers, jour 11.10, 1.11, 1.12, 1.13
Bac 2025, Centres étrangers, jour 21.14, 1.15
Bac 2025, Métropole, jour 23.3, 3.4
Bac 2025, Nouvelle-Calédonie, jour 11.12, 1.13
Bac 2025, Nouvelle-Calédonie, jour 21.16, 1.17, 1.18, 1.19
Bac 2024, Amérique du Nord, jour 13.2, 3.3, 3.4
Bac 2024, Centres étrangers, jour 21.1, 1.2
Bac 2024, Métropole, jour 11.2

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bac

Exercice 3 — Coloration de la laine — 1. Synthèse d’un « colorant acide »

Les premières traces d'utilisation de la laine à usage vestimentaire remontent à plus de 12 000 ans et les premières teintures de la laine apparaissent il y a plus de 5 000 ans. Note du site : ici, le sujet reproduit un dessin de pelote de laine (non repris). Les objectifs de cet exercice sont d'étudier la synthèse d'un colorant ainsi que les conditions nécessaires à sa fixation dans la structure de la laine. Certains colorants utilisés pour teindre la laine sont appelés « colorants acides » car leur fixation est optimisée par un bain de teinture acide. On s’intéresse ici à la synthèse de l’un d’entre eux, largement utilisé dans l’industrie textile. Données : • masse molaire de l’acide sulfanilique : M(acide sulfanilique)=173,2 g ⋅ mol−1M(\text{acide sulfanilique}) = \pu{173,2 g.mol-1} ; • masse molaire β-naphtol : M(β-naphtol)=144,2 g ⋅ mol−1M(\beta\text{-naphtol}) = \pu{144,2 g.mol-1} ; • masse molaire du colorant : M(colorant)=328,3 g ⋅ mol−1M(\text{colorant}) = \pu{328,3 g.mol-1} ; • cercle chromatique :
Ministère de l’Éducation nationale – éduscol
Le mécanisme de la synthèse du colorant débute par les étapes présentées dans le mécanisme réactionnel fourni en ANNEXE A2 À RENDRE AVEC LA COPIE, mettant en jeu l’acide nitreux de formule HNOX2\ce{HNO2}. ANNEXE A2 À RENDRE AVEC LA COPIE
Ministère de l’Éducation nationale – éduscol

Question 3.2. (0–0,5)

Q2. Souligner les deux intermédiaires réactionnels présents dans les étapes du mécanisme réactionnel de la synthèse, fournies en ANNEXE A2 À RENDRE AVEC LA COPIE. Note du site : choisir les deux espèces à souligner parmi les espèces de l’annexe A2, désignées par leur formule dans l’ordre où l’annexe les présente.

Choisissez au maximum 2

Bac 2026, spécialité physique-chimie, Métropole, jour 1, exercice 3, question 2 — corrigé Kleksa (non officiel)

bac

Question 1. (0–1)

On synthétise le benzoate de méthyle par la réaction d’équation CX7HX6OX2+CHX4O⇌CX8HX8OX2+HX2O\ce{C7H6O2 + CH4O <=> C8H8O2 + H2O}, où les réactifs sont l’acide benzoïque et le méthanol, et le produit secondaire est l’eau. On suppose la transformation totale et l’on produit une masse m=20,7 kgm = \pu{20,7 kg} de benzoate de méthyle. Données : • masses molaires atomiques : M(H)=1,0 g ⋅ mol−1M(\ce{H}) = \pu{1,0 g.mol-1} ; M(C)=12,0 g ⋅ mol−1M(\ce{C}) = \pu{12,0 g.mol-1} ; M(O)=16,0 g ⋅ mol−1M(\ce{O}) = \pu{16,0 g.mol-1}. Calculer la masse msecm_{\text{sec}} de produit secondaire formée en même temps, en kg. Donner le résultat avec trois chiffres significatifs.
kg

Saisis uniquement le nombre, avec une virgule comme séparateur décimal.

Exercice Kleksa au format du sujet — corrigé Kleksa.

exercice Kleksa

Question 2. (0–1)

Un mécanisme comporte deux actes élémentaires : acte 1, X+E→XE\ce{X + E -> XE} ; acte 2, XE+Y→P+E\ce{XE + Y -> P + E}. Quelle proposition est correcte ?

Exercice écrit pour cette page — corrigé Kleksa.

exercice Kleksa

Question 3. (0–1)

Lors d’un acte élémentaire, une molécule d’ammoniac, dont l’atome d’azote porte un doublet non liant, réagit avec un atome de carbone de charge partielle positive. D’où part la flèche courbe de cet acte, et où arrive-t-elle ?

Exercice écrit pour cette page — corrigé Kleksa.

exercice Kleksa

Question 4. (0–1)

L’ion hydroxyde HOX−\ce{HO-} compte huit électrons de valence autour de l’atome d’oxygène dans son schéma de Lewis, dont deux forment la liaison avec l’hydrogène. Combien de doublets non liants l’atome d’oxygène porte-t-il ?
doublets

Exercice écrit pour cette page — corrigé Kleksa.

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Les erreurs fréquentes

là où on perd des points
  • Dessiner la flèche dans le mauvais sens. Elle part toujours du donneur de doublet, jamais de l’accepteur.
  • Confondre intermédiaire et catalyseur. L’intermédiaire n’existe pas au départ : il naît dans un acte. Le catalyseur est présent au départ, consommé dans un acte et régénéré dans un autre.
  • Chercher un intermédiaire dans l’équation de la réaction. Il n’y figure pas : on le repère dans les actes, parmi les espèces qui apparaissent d’abord à droite, puis à gauche.
  • Oublier de simplifier en additionnant les actes. Les espèces présentes des deux côtés ne figurent pas dans l’équation de la réaction.
  • Tracer une flèche qui part d’un atome plutôt que d’un doublet. La queue se place sur le doublet non liant ou sur la liaison.

À retenir

  • Retiens que la somme des actes d’un mécanisme, une fois simplifiée, donne l’équation de la réaction.
  • Intermédiaire : naît puis disparaît ; catalyseur : disparaît puis réapparaît.
  • Flèche courbe : du doublet donneur vers le site accepteur.
  • Une concentration plus élevée multiplie les rencontres ; une température plus élevée en rend davantage efficaces.

Questions fréquentes

  1. 1.Un acte élémentaire peut-il être écrit comme on veut ?+
    Réponse :Non. Un acte élémentaire se déroule exactement comme il est écrit, et ses coefficients disent combien d’entités se rencontrent. Un mécanisme est un modèle : il doit être cohérent avec les données de la réaction, mais il ne se démontre pas.
  2. 2.Pourquoi un catalyseur n’apparaît-il pas dans l’équation ?+
    Réponse :Parce qu’il est recréé en fin de mécanisme : utilisé dans un acte, il reparaît dans un autre, et la somme des actes l’élimine. Il agit seulement sur le chemin suivi par le système.
  3. 3.La flèche courbe déplace-t-elle un atome ou des électrons ?+
    Réponse :Elle déplace des électrons, par paires, jamais un atome : la queue se place sur le doublet qui bouge, la pointe à l’endroit où il va se retrouver, sur une liaison ou sur un atome.
  4. 4.Un mécanisme peut-il être prouvé ?+
    Réponse :Non : un mécanisme est un modèle proposé pour rendre compte des observations. Il doit s’accorder avec toutes les données connues de la réaction et respecter les règles des liaisons chimiques, mais une expérience peut seulement le contredire.
  5. 5.Faut-il savoir dessiner les schémas de Lewis pour les mécanismes ?+
    Réponse :Oui : un mécanisme s’écrit avec les doublets liants et non liants des entités. Les flèches courbes partent de ces doublets ; sans schéma de Lewis exact, on ne repère ni les donneurs ni les accepteurs.

Notion suivante du programme : Radioactivité

Dernier exercice.

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