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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 problèmeDescription 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 secondeA 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 : mêmeRemarques
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.AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 2
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, nouvellenotion 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. Ensuitependant 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 YEVREAcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 3
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 dichlorométhaneDoc. 3 : Papier retrouvé
Les masses sont obtenues après avoir
effectué la tare.Huile de
paraffine Eau distillée mL mL cm3 cm3AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 4
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 DoncDocumentV 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 DoncDichlorométhane J Vdichlorométhane = 8 mL = 0H008 L eW mdichlorométhane = 1040 cg = 10H4 g
Donc3ème 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) 0.78g3ème 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 aideRésolution 2
- Utiliser les mêmes unités dans les calculs pour pouvoir comparer les résultats obtenus. - Savoir convertir les unités de masseD2 : Organiser son travail
personnelAUT 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 nΣ2D4 : Mener une démarche
scientifique, résoudre un problèmeAPP Identifier les infos utiles
ANA Conduire un raisonnement
scientifique quantitatifCOM 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 2NDESUPPORT(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 LRappels : 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 J4,0 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 ?AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 7
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 VeauOr eau = 1,0 kg/L =
Monc J
meau = 1,0 3H0 = 3H0 gNnfin J mcyclohexane = cyclohexane Vcyclohexane
Or d'aprğs le doc.3 ͗ cyclohexane = Tcyclohexane eauNW eau = 1H0 gImL
AinVi J
m cycloUexane = Tcyclohexane eau Vcyclohexane m cycloUexane = 0H78 1H0 10 m cycloUexane = 7H8 gNvenWuellemenW on TiVcuWe avec leV élèveV Tu nombre Te cUiffreV VignificaWifV TeV réVulWaWV.
La masse n'a pas d'influence sur l'ordre des phases.AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 8
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 correctesD4 : Mener une démarche
scientifique, résoudre un problèmeAPP Identifier les infos utiles
ANA Conduire un raisonnement
scientifique quantitatifCOM 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 = 1,3On donne : dcyclohexane = 0,78
AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 9
Seconde
Domaine de
Compétences évaluées Critère de réussite correspondant au niveau AS'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 préVenWVAcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 10
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 gHuile 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 TeTicUloroméWUane.
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.AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 12
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)AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 13
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 VhuileOr huile = 850 g/L =
Donc :
mhuile = 0,850 6,0 = 5,1 g mdichlorométhane = dichlorométhane VdichlorométhaneAnalyser (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 pas6,0 mL
3,0 mL
4,0 mL
AcadĠmie d'OrlĠans-TourV ConWinuiWé collège-lycée en ScienceV PUyViqueV 2017I2018 16
Or dichlorométhane = 1,33 kg/L =
Donc :
mdichlorométhane = 1,33 4,0 = 5,3 gEnfin : mcyclohexane = cyclohexane Vcyclohexane
Or d'aprğs la dĠfinition de la densitĠ on peut Ġcrire : cyclohexane = dcyclohexane eauEt eau = 1,00 g/mL
Ainsi :
m cyclohexane = dcyclohexane eau Vcyclohexane = 0,78 1,00 10 = 7,8 gEventuellement on discute avec les élèves du nombre de chiffres significatifs des résultats.