Calcul de la Masse d'un Liquide
Contexte : La méthode de la tareFonction d'une balance permettant de remettre l'affichage à zéro (annuler la masse du récipient). pour peser un liquide.
En chimie, il n'est pas possible de poser un liquide directement sur le plateau de la balance. Nous devons utiliser un récipient (comme une éprouvette ou un bécher). Le problème est que la balance pèse alors l'ensemble : le récipient + le liquide. Dans cet exercice, vous allez apprendre à déterminer la masse du liquide seul.
Remarque Pédagogique : Cet exercice vous apprendra à utiliser une balance électronique virtuelle et à comprendre le principe de la soustraction des masses pour isoler la masse d'un liquide. C'est une compétence fondamentale au collège.
Objectifs Pédagogiques
- Savoir pourquoi on ne peut pas peser un liquide directement.
- Comprendre le fonctionnement de la fonction "Tare".
- Calculer la masse d'un liquide par soustraction : \( \text{Masse}_{\text{liquide}} = \text{Masse}_{\text{total}} - \text{Masse}_{\text{récipient}} \).
Données de l'expérience
Matériel à disposition
| Matériel | État |
|---|---|
| Balance électronique | Fonctionnelle (précision 0,1 g) |
| Bécher vide | Propre et sec |
| Eau distillée | Liquide à température ambiante |
Illustration de la Pesée
| Étape | Action | Valeur affichée sur la balance | Unité |
|---|---|---|---|
| 1 | Pesée du bécher vide | 120,0 | g |
| 2 | Pesée du bécher avec l'eau | 170,0 | g |
Questions à traiter
- Quelle est la masse du bécher vide ?
- Quelle est la masse totale (bécher + eau) ?
- Calculer la masse du liquide seul en utilisant les données.
- Si Léa avait utilisé la fonction "Tare" après avoir posé le bécher vide, qu'aurait affiché la balance avant de verser l'eau ?
Les bases : Peser un liquide
Peser un solide (comme une pomme ou un livre) est facile : on le pose directement sur le plateau de la balance. Pour un liquide, c'est plus compliqué car il n'a pas de forme propre : si on le verse sur le plateau, il coule partout ! Il faut donc obligatoirement utiliser un contenant (un bécher, une éprouvette, un verre...).
1. La méthode par soustraction
C'est la méthode "manuelle". Elle se déroule en deux temps de pesée :
- Pesée 1 : On pèse le récipient vide. On note sa masse \( m_1 \).
- Pesée 2 : On verse le liquide et on pèse l'ensemble. On note la masse totale \( m_2 \).
2. La méthode avec la TARE
C'est la méthode "automatique" et rapide utilisée par les chimistes.
- On pose le récipient vide sur la balance.
- On appuie sur le bouton TARE : l'affichage revient à 0,0 g. La balance "oublie" le poids du récipient.
- On verse le liquide. La balance affiche directement la masse du liquide seul.
Correction : Calcul de la Masse d'un Liquide
Question 1 : Quelle est la masse du bécher vide ?
Principe
Cette question vise à extraire une information brute du tableau de données. Il s'agit d'identifier la masse du contenant seul, avant toute manipulation.
Mini-Cours
En sciences, une mesure est toujours composée d'un nombre et d'une unité. Ici, l'unité est le gramme (g). Sans unité, le nombre ne veut rien dire !
Remarque Pédagogique
En physique-chimie, la première étape est toujours de bien lire les instruments ou les tableaux. La valeur "à vide" est votre point de départ indispensable (la référence).
Hypothèses
On suppose que la balance affichait 0,0 g avant de poser le bécher.
Donnée
D'après l'étape 1 du tableau :
- Masse du bécher vide : \( m_{\text{vide}} = 120,0 \text{ g} \)
Astuces
Repérez les mots-clés "vide" ou "récipient" dans l'énoncé pour trouver cette valeur rapidement.
Réponse
Lecture directe : \( m_{\text{vide}} = 120,0 \text{ g} \).
Schéma (Lecture)
Étape 1 : Pesée du vide
Réflexions
120 g est une masse réaliste pour un bécher en verre moyen.
Points de vigilance
Ne confondez pas la masse du verre (vide) avec la masse de l'eau. La masse la plus petite dans cette expérience correspond au récipient vide.
Points à retenir
La masse du récipient vide est souvent appelée "masse à vide".
Le saviez-vous ?
Le verre de laboratoire (Pyrex) est plus dense et résistant que le verre de cuisine standard.
Résultat
Mini Fiche Mémo
Synthèse Q1 : Masse Récipient = Valeur mesurée avant ajout du liquide.
Question 2 : Quelle est la masse totale ?
Principe
Nous cherchons la masse de l'ensemble (récipient + liquide) après avoir versé l'eau. C'est une lecture directe du résultat final de l'expérience.
Mini-Cours
La masse totale représente la somme de toutes les masses posées sur le plateau.
Remarque Pédagogique
C'est la valeur la plus grande que vous lirez dans cette expérience.
Hypothèses
Aucune perte de liquide n'a eu lieu.
Donnée
D'après l'étape 2 du tableau :
- Masse totale (bécher + eau) : \( m_{\text{total}} = 170,0 \text{ g} \)
Astuces
Logiquement, la masse totale doit toujours être supérieure à la masse du récipient vide. Si ce n'est pas le cas, il y a une erreur de lecture !
Réponse
Lecture directe : \( m_{\text{total}} = 170,0 \text{ g} \).
Schéma (Lecture)
Étape 2 : Pesée Totale
Réflexions
La masse a augmenté, ce qui confirme qu'on a ajouté de la matière.
Points de vigilance
Attention au vocabulaire : "Masse totale" signifie "tout ce qui est posé sur la balance".
Points à retenir
Masse totale > Masse récipient.
Le saviez-vous ?
Les balances de précision peuvent détecter le poids d'un cheveu !
Résultat
Mini Fiche Mémo
Synthèse Q2 : Masse Totale = Contenant + Contenu.
Question 3 : Calcul de la masse du liquide
Principe
Nous savons que la masse totale est composée de la masse du verre (bécher) et de la masse de l'eau. Pour trouver l'eau seule, nous devons "enlever" mathématiquement le verre.
Mini-Cours
La masse est une grandeur additive. Cela signifie que \( \text{Masse}_{\text{Totale}} = \text{Masse}_{\text{Objet 1}} + \text{Masse}_{\text{Objet 2}} \). Pour trouver la masse d'un seul objet, on fait l'opération inverse : une soustraction.
Remarque Pédagogique
Imaginez que l'eau est une forme 'insaisissable'. Pour la 'capturer' sur la balance, il faut un piège : le récipient. La soustraction sert à retirer le poids du piège.
Normes
En sciences physiques, l'unité standard de la masse est le kilogramme (kg). Cependant, pour des petites quantités manipulées en classe de chimie au collège, il est convenu et très fréquent d'utiliser le gramme (g) comme unité principale de travail.
Formule(s)
Commençons par l'addition logique : la masse totale, c'est le récipient PLUS le liquide.
C'est comme une opération à trous : \( 170 = 120 + ? \)
Pour trouver le point d'interrogation (l'eau), on doit inverser l'opération. L'addition devient une soustraction :
Hypothèses
Pour que ce calcul soit valide, on suppose que :
- La balance a été allumée à zéro avant de poser le bécher vide.
- Le bécher était parfaitement sec (pas de gouttes d'eau d'un lavage précédent).
- Aucune goutte d'eau n'est tombée à côté du bécher lors du remplissage.
Donnée(s)
On reprend les valeurs identifiées aux questions précédentes :
| Paramètre | Symbole | Valeur | Unité |
|---|---|---|---|
| Masse Totale | \(m_{\text{total}}\) | 170,0 | g |
| Masse Récipient | \(m_{\text{vide}}\) | 120,0 | g |
Astuces
Vérification rapide : La masse du liquide (le résultat) doit forcément être plus petite que la masse totale. Si vous trouvez plus, c'est qu'il y a une erreur !
Schéma (Avant les calculs)
Pour bien comprendre ce que nous allons calculer, regardons la situation avant et après avoir ajouté l'eau.
Visualisation des deux pesées
Calcul(s)
Étape 1 : Le remplacement (Substitution)
On reprend la formule identifiée plus haut et on remplace les lettres par les valeurs connues (170,0 g et 120,0 g).
Étape 2 : Le calcul
On effectue la soustraction : \( 170 - 120 = 50 \).
Le résultat obtenu est positif, ce qui est rassurant (une masse ne peut pas être négative !).
Schéma (Après les calculs)
Voici ce que nous avons mathématiquement isolé : la masse de l'eau seule, comme si elle flottait sans récipient !
Résultat : Masse du liquide isolé
Réflexions
Nous avons trouvé 50 g. Comme la masse volumique de l'eau est de 1 g/mL, cela correspond exactement à 50 mL d'eau. C'est cohérent !
Points de vigilance
Assurez-vous que les deux masses sont dans la même unité (ici en grammes) avant de faire la soustraction.
Points à retenir
Pour obtenir la masse d'un contenu, on fait toujours : Masse Totale - Masse du Contenant.
Le saviez-vous ?
L'origine du Kilogramme : Historiquement, le kilogramme a été défini comme la masse d'un litre d'eau pure à 4°C. C'est pour cela que pour l'eau, 1 litre pèse presque exactement 1 kg !
FAQ
Résultat Final
A vous de jouer
Supposons maintenant un récipient plus lourd de 200 g, et une masse totale de 350 g. Quelle est la masse du liquide ?
Mini Fiche Mémo
Synthèse Q3 : Opération = Soustraction.
Question 4 : Comprendre la TARE
Principe
La tare est une fonctionnalité électronique qui évite d'avoir à faire le calcul de soustraction manuellement.
Mini-Cours
La fonction TARE est magique ! Elle définit la masse actuelle posée sur le plateau comme étant le nouveau "zéro". Cela permet à la balance d'ignorer le poids du récipient pour la suite de la pesée.
Remarque Pédagogique
C'est comme si la balance "oubliait" momentanément le poids du récipient.
Formule(s)
Le calcul se fait automatiquement : \( m_{\text{affiché}} = m_{\text{réel}} - m_{\text{tare}} \).
Hypothèses
La balance fonctionne correctement.
Donnée
- Masse récipient : 120.0 g
- Action : Appui sur TARE
Astuces
Toujours faire la tare AVANT de verser le liquide !
Réponse
Si Léa pose le bécher vide (120 g) et appuie sur TARE, la balance affichera 0,0 g. Lorsqu'elle versera l'eau ensuite, la balance n'affichera que la masse de l'eau ajoutée.
Schéma (Fonctionnement de la Tare)
Voici comment la fonction TARE simplifie la vie du chimiste en trois étapes clés.
Les 3 étapes de la fonction TARE
Réflexions
Cette méthode est beaucoup plus rapide et évite les erreurs de calcul.
Points de vigilance
Si vous ajoutez le liquide avant d'appuyer sur TARE, vous ne pourrez plus connaître la masse du liquide seul directement.
Points à retenir
La fonction TARE permet de mesurer la masse d'un contenu sans tenir compte du contenant.
Le saviez-vous ?
Le mot "Tare" vient de l'arabe "tarha" qui signifie "ce qui est rejeté" ou "déduction". C'est exactement ce qu'on fait : on rejette la masse du récipient !
FAQ
Résultat
Mini Fiche Mémo
Synthèse Q4 : TARE = Remise à zéro.
Outil Interactif : Simulateur de Balance
Utilisez ce simulateur pour comprendre comment la masse totale varie en fonction du récipient et du liquide ajouté.
Paramètres de l'expérience
Résultats sur la balance
Quiz Final : Testez vos connaissances
1. Pourquoi ne peut-on pas peser de l'eau directement sur le plateau de la balance ?
2. À quoi sert le bouton TARE ?
3. Si le récipient pèse 50g et le tout pèse 150g, quelle est la masse du liquide ?
Glossaire
- Tare
- Action de remettre l'affichage de la balance à zéro après avoir posé un récipient vide, afin de ne mesurer que le contenu ajouté ensuite.
- Bécher
- Récipient en verre utilisé couramment en chimie pour contenir des liquides.
- Masse
- Grandeur physique liée à la quantité de matière (se mesure en grammes g ou kilogrammes kg).
- Balance électronique
- Instrument de mesure permettant de déterminer la masse d'un objet avec précision.
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