Calcul de la masse de nickel

Calcul de la Masse de Nickel dans une Pièce de Monnaie (Niveau 3ème)

Calcul de la Masse de Nickel dans une Pièce de Monnaie

Comprendre la Composition des Objets du Quotidien

De nombreux objets qui nous entourent sont fabriqués à partir de mélanges de différentes substances. En chimie, un mélange de métaux est appelé un alliage. Les pièces de monnaie, par exemple, sont souvent des alliages pour leur conférer des propriétés spécifiques de dureté, de résistance à la corrosion ou de couleur. Connaître la composition d'un alliage, c'est-à-dire les proportions des différents éléments chimiques qui le constituent, est important. Une façon d'exprimer cette composition est le pourcentage massique, qui indique la masse d'un élément particulier pour 100 unités de masse de l'alliage.

Données de l'étude : Analyse d'une Pièce de Monnaie

Une pièce de monnaie de 1 euro a une masse totale \(m_{\text{pièce}} = 7.50 \, \text{g}\). La partie extérieure (jaune) est un alliage appelé "maillechort" qui contient \(25\%\) de nickel (Ni) en masse. Le reste est principalement du cuivre et du zinc.

Dans cet exercice, nous allons nous concentrer sur le calcul de la masse de nickel présente dans la partie en maillechort si cette partie représentait la totalité de la pièce (pour simplifier au niveau 3ème, nous considérons que toute la pièce a cette composition, ou que la question porte sur un échantillon de maillechort de 7.50g).

Schéma : Pièce de Monnaie et sa Composition
Ni 25% Pièce de monnaie contenant du nickel.

Une pièce de monnaie est souvent un alliage de plusieurs métaux, dont le nickel.


Questions à traiter

  1. Que signifie l'indication "la pièce contient \(25\%\) de nickel en masse" ?
  2. Quelle est la masse totale de la pièce de monnaie étudiée ?
  3. Écrire la formule littérale qui permet de calculer la masse de nickel (\(m_{\text{Ni}}\)) contenue dans la pièce, en utilisant le pourcentage massique et la masse totale de la pièce.
  4. Calculer la masse de nickel (\(m_{\text{Ni}}\)) présente dans cette pièce de \(7.50 \, \text{g}\).
  5. Si un collectionneur possède 10 pièces identiques, quelle serait la masse totale de nickel qu'il détiendrait à travers ces pièces ?

Correction : Calcul de la Masse de Nickel dans une Pièce

Question 1 : Signification du pourcentage massique

Principe :

Le pourcentage massique d'un composant dans un mélange (ou un alliage) indique la proportion de la masse de ce composant par rapport à la masse totale du mélange, exprimée en pourcentage.

Réponse :

L'indication "\(25\%\) de nickel en masse" signifie que pour \(100 \, \text{g}\) de l'alliage de la pièce, il y a \(25 \, \text{g}\) de nickel. Autrement dit, le nickel représente un quart de la masse totale de la pièce.

Résultat Question 1 : "\(25\%\) de nickel en masse" signifie que la masse de nickel représente 25% de la masse totale de la pièce.

Question 2 : Masse totale de la pièce

Principe :

Cette information est directement donnée dans l'énoncé du problème.

Données spécifiques :
  • Masse de la pièce (\(m_{\text{pièce}}\)) : \(7.50 \, \text{g}\)
Résultat Question 2 : La masse totale de la pièce de monnaie étudiée est de \(7.50 \, \text{g}\).

Question 3 : Formule littérale pour la masse de nickel

Principe :

Pour calculer la masse d'un composant à partir de son pourcentage massique et de la masse totale, on multiplie la masse totale par le pourcentage massique (exprimé sous forme décimale).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ m_{\text{Ni}} = \frac{\text{Pourcentage de Ni}}{100} \times m_{\text{pièce}} \]

Ou, si le pourcentage est déjà sous forme décimale (ex: 0.25 pour 25%) :

\[ m_{\text{Ni}} = \text{Fraction massique de Ni} \times m_{\text{pièce}} \]
Résultat Question 3 : La formule littérale est \(m_{\text{Ni}} = \frac{\text{Pourcentage de Ni}}{100} \times m_{\text{pièce}}\).

Question 4 : Calcul de la masse de nickel (\(m_{\text{Ni}}\))

Principe :

On applique la formule établie à la question 3 avec les valeurs numériques données.

Données spécifiques :
  • Pourcentage de Nickel : \(25\%\)
  • \(m_{\text{pièce}} = 7.50 \, \text{g}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} m_{\text{Ni}} &= \frac{25}{100} \times 7.50 \, \text{g} \\ &= 0.25 \times 7.50 \, \text{g} \\ &= 1.875 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La masse de nickel présente dans la pièce est de \(1.875 \, \text{g}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si une barre de chocolat de \(100 \, \text{g}\) contient \(30\%\) de cacao en masse, quelle est la masse de cacao ?

Question 5 : Masse totale de nickel pour 10 pièces

Principe :

Si toutes les pièces sont identiques, la masse totale de nickel est la masse de nickel dans une pièce multipliée par le nombre de pièces.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ m_{\text{Ni, total}} = m_{\text{Ni par pièce}} \times \text{Nombre de pièces} \]
Données spécifiques :
  • \(m_{\text{Ni par pièce}} = 1.875 \, \text{g}\)
  • Nombre de pièces = 10
Calcul :
\[ \begin{aligned} m_{\text{Ni, total}} &= 1.875 \, \text{g/pièce} \times 10 \, \text{pièces} \\ &= 18.75 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La masse totale de nickel pour 10 pièces identiques est de \(18.75 \, \text{g}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Le nickel est un :


Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Un alliage est :

2. Si un objet de \(200 \, \text{g}\) contient \(10\%\) d'un élément X en masse, quelle est la masse de X ?

3. La masse se mesure généralement en :


Glossaire

Masse
Quantité de matière contenue dans un objet. Elle se mesure en grammes (g) ou en kilogrammes (kg).
Pourcentage Massique
Rapport de la masse d'un composant à la masse totale du mélange, multiplié par 100. Il indique la proportion en masse d'un composant.
Alliage
Mélange homogène de métaux, ou d'un métal avec un ou plusieurs autres éléments (métalliques ou non métalliques).
Nickel (Ni)
Élément chimique métallique, de symbole Ni et de numéro atomique 28. Il est utilisé dans de nombreux alliages, comme l'acier inoxydable et les pièces de monnaie.
Élément Chimique
Substance pure constituée d'un seul type d'atome, caractérisée par son numéro atomique (nombre de protons dans le noyau).
Calcul de la Masse de Nickel - Exercice d'Application

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