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Exercice : Calcul de la Masse d'un Liquide

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

Léa souhaite mesurer précisément 50 g d'eau pour une expérience de chimie. Elle dispose d'une balance électronique et d'un bécher vide.

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
0.0 g Eau Récipient + Liquide
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

  1. Quelle est la masse du bécher vide ?
  2. Quelle est la masse totale (bécher + eau) ?
  3. Calculer la masse du liquide seul en utilisant les données.
  4. 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 \( m_2 \).
La masse du liquide est la différence entre les deux : \( m_{\text{liquide}} = m_2 - m_1 \).

2. La méthode avec la TARE
C'est la méthode "automatique" et rapide utilisée par les chimistes.

  1. On pose le récipient vide sur la balance.
  2. On appuie sur le bouton TARE : l'affichage revient à 0,0 g. La balance "oublie" le poids du récipient.
  3. 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
120.0 g Bécher 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
La masse du bécher vide est de 120,0 g.
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
170.0 g Bécher + Eau
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
La masse totale est de 170,0 g.
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.

\[ m_{\text{total}} = m_{\text{récipient}} + m_{\text{eau}} \]

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 :

\[ m_{\text{eau}} = m_{\text{total}} - m_{\text{récipient}} \]
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 :

ParamètreSymboleValeurUnité
Masse Totale\(m_{\text{total}}\)170,0g
Masse Récipient\(m_{\text{vide}}\)120,0g
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
120.0 g ÉTAPE 1 : Bécher vide Masse Récipient Ajout de l'eau 170.0 g ÉTAPE 2 : Bécher + Eau Masse Totale
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).

\[ m_{\text{eau}} = 170,0 \text{ g} - 120,0 \text{ g} \]

Étape 2 : Le calcul
On effectue la soustraction : \( 170 - 120 = 50 \).

\[ m_{\text{eau}} = 50,0 \text{ g} \]

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
EAU 50.0 g Calculé
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
La masse de l'eau est de 50,0 g.
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
1. Pose du récipient 120.0 g TARE Affiche la masse du bécher Appui sur TARE 2. Remise à zéro 0.0 g Le bécher est "oublié" Ajout du liquide 3. Lecture directe 50.0 g Masse du liquide seul !
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
Affichage attendu : 50,0 g (masse de l'eau seule).
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
100 g
50 g
Résultats sur la balance
Masse Totale (affichée) -
Masse Liquide (calculée) -

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.
Chimie 6ème : La Masse

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