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Masse volumique A quoi peut servir la masse volumique ?

DESCRIPTIF DE SUJET DESTINE AU PROFESSEUR

Objectif

Assurer une continuité et une progressivité collège-lycée sur une notion commune aux programmes de cycle 4 et de seconde.

Extraits de

Cycle 4 Seconde

- Exploiter des mesures de masse volumique pour différencier des espèces chimiques ; -Masse volumique, relation m = x V - DĠterminer la masse d'un Ġchantillon ă partir de la densité, de la masse volumique Type d'actiǀitĠ Résolution de problème

Description succincte

Activité 1 : Fin de cycle 4

A partir de documents

donnant la masse et le volume de quatre liquides incolores, identifier chacun d'entre eudž en calculant leur masse volumique.

Activité 2 :

Approfondissement de cycle

4/ ou AP Lycée

A partir de différentes

données (masse, densité, volume et masse volumique), déterminer si le liquide le plus " lourd » sera en dessous lors du mélange de trois liquides non miscibles. Prolongement possible : calculs de densité.

Activité 3 : Classe de

seconde ou AP seconde

A partir de données

(volume, masse, masse volumique, densité) sur 4 liquides non miscibles, déterminer quelle grandeur physique permet d'expliquer l'ordre des phases et comment on l'utilise.

Compétences

travaillées - D1-3 : Utiliser le calcul littéral ; exprimer une grandeur physique dans une unité adaptée. - D2 : Organiser son travail personnel -D4 : Mener une démarche scientifique, résoudre un problème -D1-3 : Utiliser le calcul littéral ; exprimer une grandeur physique dans une unité adaptée. -D4 : Mener une démarche scientifique, résoudre un problème. -S'approprier (APP) -Restituer des connaissances (RCO) - Analyser (ANA) - Réaliser (REA) - Valider (VAL) - Communiquer (COM)

AP Compétence transversale :

analyser et traiter une question séance de TP : même

Remarques

Activité 1 : L'actiǀitĠ est réalisée en classe entière. C'est une évaluation bilan sur la notion

de masse volumique. Elle ǀalide les connaissances de l'Ġlğǀe sur cette notion et sa

capacité à utiliser la formule et ses unités. Un " carnet de labo », dans lequel se trouve

formules, unités, les essentiels du programme de cycle 4 pourra être utilisé à la demande

de l'Ġlğǀe afin de travailler en autonomie. Pour les plus rapides, l'actiǀitĠ 2 sera

commencée puis terminée en travail maison.

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Activité 2 : Cette activité peut se réaliser en classe entiğre aǀant de faire l'edžtraction

liquide/liquide en séance de Travaux Pratiques. Ou en sĠance d'Accompagnement Personnel si les élèves ne maitrisent pas la compétence exigible : déterminer la masse transversale travaillée au cours de cette activité est : analyser et traiter une question. Cette activité nécessite uniquement la connaissance de la masse volumique, nouvelle

notion vue au collège. Elle peut être faite sous forme de travail de groupe (4 élèves) en

demi-classe sur une durée de 1h25. Pendant environ 1 heure, chaque groupe réfléchit, fait les calculs au brouillon, interprète les résultats et formule une conclusion. Ensuite

pendant les 30 minutes restantes, chaque élève consigne les résultats sur une fiche

réponse explicitant la démarche scientifique et les compétences travaillées.

Sources Manuel du cycle Microméga,

Hatier. _ _

Emilie ROCHE-ROY - Collège Irène Joliot-Curie - 18400 MEHUN SUR YEVRE

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ACTIVITE CYCLE 4

SUPPORT(S) D'ACTIVITÉ

Liquides incolores J qui eVW qui ?

Une UiVWoire Te maVVe volumique !

SiWuaWion Te TéparW J

SacUa Wrouve TanV Von laboraWoire une bouWeille VanV nom conWenanW un liquiTe incolore maiV ne Ve rappelle pluV

- 4 éprouveWWeV graTuéeV conWenanW cUacune un liquiTe incolore ͗ de l'huile de paraffine, de l'eau distillĠe, du

cyclohexane eW Tu TicUloroméWUane ; - un morceau Te papier avec TeV informaWionV noWéeV TeVVuV. Problème à résoudre J Quel est le liquide contenu dans la bouteille sans étiquette ?

Doc. 1 : Le liquide inconnu

Un volume Te 0H100 L Tu liquiTe inconnu eVW meVuré avec prĠcision ă l'aide d'une fiole jaugĠe. La fiole jaugĠe contenant le liquiTe eVW enVuiWe placée Vur la balance. La Ware Te la balance a éWé effecWuée préalablemenW avec la même fiole jaugée.

Doc. 2 : Les quatre liquides à disposition

CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN

oublier leV uniWéV. - NnfinH Wu réponTraV à la queVWion poVée en expliquanW Won cUoix.

Pour aller plus loin (pour leV pluV rapiTeV) J Commencer l'actiǀitĠ 2 et la finir ă la maison.

cyclohexane dichlorométhane

Doc. 3 : Papier retrouvé

Les masses sont obtenues après avoir

effectué la tare.

Huile de

paraffine Eau distillée mL mL cm3 cm3

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Aides possibles (orales ou sous forme papier):

AppropriaWion eW analyVe Te la ViWuaWion J

- QuelleV inTicaWionV nouV Tonne le TocumenW n°1 Vur le liquiTe inconnu ? - Quelle grandeur physique cela permet-il Te TéWerminer ? - Quelles indications nous donnent les documents n°2 et 3 ? - Calculer la maVVe volumique Tu liquiTe inconnu en faiVanW aWWenWion aux uniWéV. - CUoiVir une uniWé iTenWique pour la maVVe eW le volume.

REPRES POUR L'VALUATION

CorrecWion poVVible J deux rĠsolutions sont enǀisageables, l'une passant explicitement par le calcul Te maVVeV

Werme ou l'unitĠ.

1ère réVoluWion

1er WempV J TeVcripWion Te la TémarcUe

Le document n°1 permeW Te TéWerminer la maVVe volumique Tu liquiTe inconnu. Le TocumenW n°2 inTique le

volume Te cUacun TeV 4 liquiTeV incoloreV eW le TocumenW n°3 inTique leur maVVe reVpecWive. On peuW alorV

calculer la maVVe volumique Te cUacun TeV 4 liquiTeV eW par comparaiVon iTenWifier le liquiTe inconnu.

2nd WempV J réVoluWion Tu problème

Document n°1 J m(liquide inconnu) = 78H0 g eW V(liquide inconnu) = 0H100 L Formule permeWWanW Te calculer la maVVe volumique J Donc

DocumentV n°2 eW n°3 J

Huile de paraffine J Vhuile = 12 cm3 = 12 mL = 0H012 L eW mhuile = 0H010 kg = 10 g Donc Eau distillée J Veau = 10 mL = 0H010 L eW meau = 10 000 mg = 10 g Donc Cyclohexane J Vcyclohexane = 20 cm3 = 20 mL = 0H020 L eW mcyclohexane = 15H6 g Donc

Dichlorométhane J Vdichlorométhane = 8 mL = 0H008 L eW mdichlorométhane = 1040 cg = 10H4 g

Donc

3ème WempV J réponVe au problème

On a J liquide inconnu = cyclohexane

Par comparaiVon TeV réVulWaWVH on peuW Tonc en conclure que le liquiTe incolore eVW Tu cycloUexane.

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2ème réVoluWion J

1er WempV J TeVcripWion Te la TémarcUe

Le document n°1 Tonne la maVVe Te 0.100L Te liquiTe inconnu. Le TocumenW n°2 inTique le volume Te cUacun TeV

4 liquiTeV incoloreV eW le TocumenW n°3 inTique leur maVVe reVpecWive. On peuW alorV comparer la masse d'1mL de

chaque liquide.

2nd WempV J réVoluWion Tu problème

inconnu a une maVVe Te 0.78g. Nn uWiliVanW leV TocumenWV 2 eW 3H on Wrouve que J - 12mL d'huile pğse 0.010kg (10 g) soit 1 mL d'huile pğse (10ͬ12) 0.83 g - 10 mL d'eau pğse 10 000mg (10g) soit 1 mL d'eau pğse (10ͬ10) 1g - 20 mL de cyclohexane pèse 15.6g soit 1 mL de cyclohexane pèse (15.6/20) 0.78g

3ème WempV J réponVe au problème

Critères de réussite J

CompéWenceV WravailléeV CriWère Te réuVViWe correVponTanW au niveau 3 (objecWif aWWeinW)

D1-3 : Utiliser le calcul

littéral ; exprimer une grandeur physique dans une unité adaptée.

REA Mener des calculs

Résolution 1

- Réaliser le calcul de la masse volumique : = m/V pour chacun des liquides déterminer la - Utiliser les mêmes unités dans les calculs pour pouvoir comparer les résultats obtenus. - Savoir convertir les unités de masse et de volume sans aide

Résolution 2

- Utiliser les mêmes unités dans les calculs pour pouvoir comparer les résultats obtenus. - Savoir convertir les unités de masse

D2 : Organiser son travail

personnel

AUT Etre autonome

- L'Ġlğǀe se met rapidement au traǀail, commence ă rĠflĠchir sans se laisser distraire ou

bavarder - L'Ġlğǀe demande ă utiliser son ͨ carnet de labo ͩ et l'utilise correctement - Les élèves " plus rapides ͩ commencent l'actiǀitĠ nΣ2

D4 : Mener une démarche

scientifique, résoudre un problème

APP Identifier les infos utiles

ANA Conduire un raisonnement

scientifique quantitatif

COM Rendre compte ă l'écrit

- La description de la démarche (1er temps) est claire et permet de répondre au problème - Les informations données par le document n°1 sont comprises : il permet de calculer la

- La réponse au problème est clairement formulée et justifiée (comparaison de résultats)

ÓOMALITN MN ÓISN NN ONUVRN

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ACTIVITE APPROFONDISSEMENT CYCLE 4 ET/OU RNÓNMIATION 2NDE

SUPPORT(S) D'ACTIVITÉ

Doc. 1 :

CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN

Questions préliminaires :

1) CompléWer le VcUéma Tu Toc.1 Te l'Ġprouǀette graTuée en aWWribuanW à cUaque pUaVe le nom Tu liquiTe

correVponTanW.

2) Quelle granTeur pUyVique ToiV-Wu TéWerminer pour cUaque liquiTe afin Te réponTre au problème ?

En réalisant tous les calculs nécessaires, répondre au problème poVé.

Pour aller plus loin :

Doc. 2 : Quelques données

mdichloroéthane = 5H2 g ; Tcyclohexane = 0H78 ; eau = 1H0 kgI L

Rappels : 1 L = 1000 mL ; 1 kg = 1000 g

Doc. 3 : Calcul de la masse volumique à partir de la densité cUimique à parWir Te Va densité, noWée TH en uWiliVanW la relaWion VuivanWe J = d x eau LeV maVVeV volumiqueV ToivenW êWre expriméeV TanV leV mġmes unitĠs. La densitĠ n'a pas d'unitĠ.

Situation de départ J

On inWroTuiW 3 liquiTeV non miVcibleV TanV une éprouveWWe graTuée Te 25 mL J

4,0 mL de dichlorométhane ; 10 mL de cyclohexane et 3,0 mL d'eau distillée.

On agiWe vigoureuVemenW eW on laiVVe TécanWer. On obVerve un mélange UéWérogène

conVWiWué Te 3 pUaVeV. Remarque J Me manière à mieux TiVWinguer leV TifférenWeV pUaVeV Vur la pUoWograpUie ci- conWreH on a coloré le cycloUexane en roVe en TiVVolvanW TanV celui-ci une WrèV peWiWe alimenWaire.

Problème à résoudre :

mélange hétérogène ?

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REPRES POUR L'VALUATION

CorrecWion poVVible J

Questions préliminaires J

1)D'aprğs les ǀolumes donnĠs eW leV informaWionV Vur leV coloranWV uWiliVéV J

comparer leV valeurV.

Réponse au problème J

mdichloroéthane = 5H2 g meau = eau Veau

Or eau = 1,0 kg/L =

Monc J

meau = 1,0 3H0 = 3H0 g

Nnfin J mcyclohexane = cyclohexane Vcyclohexane

Or d'aprğs le doc.3 ͗ cyclohexane = Tcyclohexane eau

NW eau = 1H0 gImL

AinVi J

m cycloUexane = Tcyclohexane eau Vcyclohexane m cycloUexane = 0H78 1H0 10 m cycloUexane = 7H8 g

NvenWuellemenW on TiVcuWe avec leV élèveV Tu nombre Te cUiffreV VignificaWifV TeV réVulWaWV.

La masse n'a pas d'influence sur l'ordre des phases.

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Pour aller pluV loin J

CONCLUSION J

UéWérogène.

Aide possible tout au long de l'actiǀitĠ J

Rappeler la formule Te la maVVe volumique.

AiTe pour uWiliVer leV expreVVionV liWWéraleV eW leV uniWéV. Proposer des questions intermédiaires si les élèves sont bloqués J ™Comment calculer la masse à partir des données ? ™Est-ce-que leV liquiTeV Ve VuperpoVenW Tu pluV lourT au moinV lourT ? Possibilité de faire un schéma pour interpréter les résultats.

CriWèreV Te réuVViWe J

Cycle 4

Compétences travaillées Critère de réussite correspondant au niveau 4 (objectif dépassé)

D1-3 : Utiliser le calcul

littéral ; exprimer une grandeur physique dans une unité adaptée.

REA Mener des calculs

masse du cyclohexane. - Les unités sont précisées systématiquement et sont correctes

D4 : Mener une démarche

scientifique, résoudre un problème

APP Identifier les infos utiles

ANA Conduire un raisonnement

scientifique quantitatif

COM Rendre compte ă l' écrit

- L'identification des phases est faite correctement liquides et comparer les résultats - Les calculs sont bien détaillés - La réponse au problème est correcte et bien formulée.

Avec eau = 1,0 g/mL

On trouve d'aprğs la dĠfinition : deau = 1,0 dichlorométhane = = 1,3 g/mL ddichlorométhane = 1,3

On donne : dcyclohexane = 0,78

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Seconde

Domaine de

Compétences évaluées Critère de réussite correspondant au niveau A

S'approprier (APP)

Identifier les informations utiles

Déterminer le nom de chaque liquide représenté sur le schéma du doc.1 à partir des

volumes donnés.

Restituer

des connaissances (RCO) Ecrire la relation définissant la masse volumique vue collège : =

Analyser (ANA)

Conduire un raisonnement

scientifique quantitatif Identifier la masse comme la grandeur physique à déterminer pour répondre au problème. Trouver ou calculer sa valeur pour chaque liquide et les comparer. Obserǀer s'il edžiste un lien entre l'ordre de ces ǀaleurs et l'ordre des phases.

Faire de même pour la densité.

Réaliser (REA)

Mener des calculs

Réaliser le calcul de la masse à partir de la masse volumique : m = V Utiliser = d eau pour calculer la masse : m = d eau V Convertir les unités et faire attention aux chiffres significatifs.

Valider (VAL)

est en dessous. dessous.

Communiquer (COM)

Rendre compte ă l'écrit

Présenter par écrit les calculs, les résultats obtenus et les conclusions correspondantes. Utiliser un vocabulaire précis et faire attention aux unités.

Compétence transversale

Lire un document. Expression et communication écrites. Analyser et traiter une question.

Argumenter.

Niveau A J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW TanV leur (quaVi)WoWaliWé Niveau B J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW parWiellemenW Niveau C J leV inTicaWeurV cUoiViV apparaiVVenW Te manière inVuffiVanWe Niveau D J leV inTicaWeurV cUoiViV ne VonW paV préVenWV

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ACTIVITE CLASSE MN SNCONMN

SUPPORT(S) D'ACTIVITÉ

Liquides non miscibles J TeVVuV ou TeVVouV ?

Une UiVWoire Te ....................................

Doc. 1 : Eprouvette après décantation

Doc. 3 : Définition de la densité

La densité, d'une espèce chimique, notée d est le quotient de sa masse volumique par la masse volumique de

l'eau eau. Soit :

Les masses volumiques doivent être exprimées dans les mêmes unités. La densitĠ n'a pas d'unitĠ.

Doc. 2 : Quelques données

Nau J La masse d'eau introduite dans l'Ġprouǀette ǀaut meau = 3,0 g

Huile Te paraffine J

Masse volumique huile = 850 g/L

MicUloroméWUane J

Masse volumique dichlorométhane = 1,33 kg/L

CycloUexane J

Densité dcyclohexane = 0,78

Rappels : 1,000 L = 1000 mL ; 1,000 kg = 1000 g

Doc. 4 : DĠfinition d'une grandeur physique

Elle s'edžprime trğs souǀent aǀec une (ou plusieurs) unités. On introduit 4 liquides non miscibles dans une éprouvette graduée de 25 mL : 6H0 mL d'huile de paraffine, 3,0 mL d'eau diVWilléeH 10 mL Te cycloUexane eW 4H0 mL Te

TicUloroméWUane.

On agite vigoureusement et on laisse décanter. On observe un mélange hétérogène

constitué de 4 phases. Remarque : De manière à mieux distinguer les différentes phases sur la photographie ci- contre, on a coloré le cyclohexane en rose en dissolvant dans celui-ci une très petite alimentaire.

Problème à résoudre :

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CONSIGNES DONNÉES L'ÉLÈVN

Questions préliminaires J

2) Rappeler la formule Te la maVVe volumique.

ValiTer ou infirmer cUacune TeV UypoWUèVeVH en écrivanW WouV leV calculV néceVVaireV et l'interprétation de voV

réVulWaWV. RéponTre au problème poVé.

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FICHE REPONSE DONNÉE L'ÉLÈVN

liquide correspondant.

2) Rappeler la formule de la masse volumique.

Restituer des

connaissances phases ?

Analyser

Première hypothèse :

Calculs : oui ou non

Interprétation et conclusion :

Réaliser

(formules, calculs, unités)

Analyser (les

résultats)

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Deuxième hypothèse

Calculs : oui ou non

Interprétation et conclusion :

Réaliser

(formules, calculs, unités)

Analyser (les

résultats)

Troisième hypothèse :

Calculs : oui ou non

Interprétation et conclusion :

Réaliser

(formules, calculs, unités)

Analyser (les

résultats)

AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 14

Quatrième hypothèse

Calculs : oui ou non

Interprétation et conclusion :

Réaliser

(formules, calculs, unités)

Analyser (les

résultats)

Réponse au problème posé :

Valider (faire

une conclusion, it critique)

Communiquer

Note et observations :

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REPRES POUR L'VALUATION

liquide correspondant.

D'aprğs les ǀolumes donnĠs :

2) Rappeler la formule de la masse volumique.

Avec : m est la masse du corps et V son volume.

Restituer des

connaissances phases ? Les 4 grandeurs physiques sont : le volume, la masse, la masse volumique, la densité.

Analyser

Première hypothèse : LE VOLUME

Calculs : oui ou non ? NON

Interprétation et conclusion :

Deuxième hypothèse : LA MASSE

Calculs : oui ou non ? OUI

meau = 3,0 g mhuile = huile Vhuile

Or huile = 850 g/L =

Donc :

mhuile = 0,850 6,0 = 5,1 g mdichlorométhane = dichlorométhane Vdichlorométhane

Analyser (les

résultats)

Réaliser

(formules, calculs, unités)

Yue le ǀolume soit grand ou petit, il n'a

pas d'impact sur l'ordre des phases.

La comparaison des volumes des liquides

non miscibles ne permet donc pas

6,0 mL

3,0 mL

4,0 mL

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Or dichlorométhane = 1,33 kg/L =

Donc :

mdichlorométhane = 1,33 4,0 = 5,3 g

Enfin : mcyclohexane = cyclohexane Vcyclohexane

Or d'aprğs la dĠfinition de la densitĠ on peut Ġcrire : cyclohexane = dcyclohexane eau

Et eau = 1,00 g/mL

Ainsi :

m cyclohexane = dcyclohexane eau Vcyclohexane = 0,78 1,00 10 = 7,8 g

Eventuellement on discute avec les élèves du nombre de chiffres significatifs des résultats.

Interprétation et conclusion :

Analyser (les

résultats)

Troisième hypothèse : LA MASSE VOLUMIQUE

Calculs : oui ou non ? conversions déjà faites

Interprétation et conclusion :

Quatrième hypothèse : LA DENSITE

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