Masse et volume
Cinquième · Physique-Chimie · Organisation et transformations de la matière
Organisation de la matière
Distinguer et mesurer la masse et le volume
La masse et le volume sont deux grandeurs différentes qui décrivent un objet. On les confond souvent, pourtant elles ne mesurent pas la même chose et n'ont pas les mêmes unités. Bien les distinguer, c'est la base de toute la chimie de collège.
Les unités et leurs conversions
Pour les masses : 1 kg = 1000 g. Pour les volumes, la relation essentielle à connaître est 1 L = 1000 mL. Et il existe une équivalence très pratique entre les deux familles d'unités de volume : 1 mL = 1 cm³. On en déduit que 1 L = 1000 cm³.
| Grandeur | Unités courantes | Instrument de mesure | Conversion clé |
|---|---|---|---|
| Masse | gramme (g), kilogramme (kg) | la balance | 1 kg = 1000 g |
| Volume | litre (L), millilitre (mL), cm³ | l'éprouvette graduée | 1 L = 1000 mL et 1 mL = 1 cm³ |
Organisation de la matière
Volume d'un solide, conservation de la masse et masse volumique
Mesurer le volume d'un liquide, c'est facile avec une éprouvette. Mais comment mesurer le volume d'un caillou de forme quelconque ? Et que devient la masse quand l'eau gèle ? Ce sont les questions de cette fiche.
La masse se conserve, pas toujours le volume. Lorsqu'un corps change d'état (l'eau qui gèle ou qui s'évapore) ou lorsqu'on réalise un mélange, sa masse ne change pas : c'est la conservation de la masse. En revanche, le volume peut changer. Par exemple, quand l'eau gèle, sa masse reste la même mais son volume augmente : c'est pour cela qu'une bouteille d'eau pleine peut éclater au congélateur !
La masse volumique : lier masse et volume
La masse volumique indique la masse d'un litre (ou d'un cm³) d'une matière. Elle se calcule en divisant la masse par le volume :
masse volumique = masse / volume, ce qui s'écrit ρ = m / V.
Elle permet de comparer les matières : deux objets de même volume mais de masses différentes n'ont pas la même masse volumique.
Exercices corrigés
À combien de centimètres cubes correspond 1 millilitre ?
- A.1 cm³Bonne réponse
- B.10 cm³
- C.100 cm³
- D.1000 cm³
Réponse : A — 1 cm³
1 mL = 1 cm³ : c'est une équivalence très pratique entre les unités de volume. Ainsi, un volume de 250 mL vaut aussi 250 cm³. Ne confonds pas cette égalité avec 1 L = 1000 mL.
Un ballon de baudruche gonflé et une bille de métal : que peut-on dire ?
- A.Le ballon a un grand volume mais une petite masseBonne réponse
- B.Le ballon est le plus lourd car il est plus gros
- C.Ils ont forcément la même masse
- D.La bille a le plus grand volume
Réponse : A — Le ballon a un grand volume mais une petite masse
Masse et volume sont indépendants : le ballon occupe beaucoup de place (grand volume) mais contient très peu de matière (petite masse). La bille est petite (petit volume) mais lourde. « Plus gros » ne veut pas dire « plus lourd » !
Convertis 2,5 L en millilitres.
- A.25 mL
- B.250 mL
- C.25000 mL
- D.2500 mLBonne réponse
Réponse : D — 2500 mL
1 L = 1000 mL, donc 2,5 L = 2,5 × 1000 = 2500 mL. Répondre 250 mL, c'est n'avoir multiplié que par 100 ; 25000 mL, c'est avoir multiplié par 10000. Le bon facteur est 1000.
On met une bouteille contenant 1 L d'eau au congélateur. Après congélation, que peut-on dire de sa masse ?
- A.Elle a augmenté
- B.Elle a diminué
- C.Elle n'a pas changéBonne réponse
- D.Elle est devenue nulle
Réponse : C — Elle n'a pas changé
Lors d'un changement d'état, la masse se conserve : l'eau qui gèle a exactement la même masse qu'avant. C'est le volume qui augmente (la glace prend plus de place), ce qui peut faire éclater la bouteille. Mais la masse, elle, ne change pas.
Convertis 1500 g en kilogrammes.
- A.15 kg
- B.150 kg
- C.0,15 kg
- D.1,5 kgBonne réponse
Réponse : D — 1,5 kg
1 kg = 1000 g, donc pour passer des grammes aux kilogrammes on divise par 1000 : 1500 / 1000 = 1,5 kg. Répondre 15 kg, c'est n'avoir divisé que par 100. Attention au sens de la conversion : de g vers kg, le nombre devient plus petit.
Convertis 0,75 L en cm³.
- A.75 cm³
- B.750 cm³Bonne réponse
- C.7,5 cm³
- D.7500 cm³
Réponse : B — 750 cm³
1 L = 1000 cm³ (car 1 L = 1000 mL et 1 mL = 1 cm³). Donc 0,75 L = 0,75 × 1000 = 750 cm³. Répondre 75 cm³, c'est avoir multiplié par 100 au lieu de 1000.
On verse 50 mL d'eau dans une éprouvette. On y plonge un solide : le niveau monte à 85 mL. Quel est le volume du solide ?
- A.85 cm³
- B.135 cm³
- C.50 cm³
- D.35 cm³Bonne réponse
Réponse : D — 35 cm³
Le volume du solide correspond à la montée d'eau : V = V2 − V1 = 85 − 50 = 35 mL, soit 35 cm³ (car 1 mL = 1 cm³). Répondre 85 cm³, c'est confondre le volume final total avec le volume du solide ; 135 cm³, c'est additionner au lieu de soustraire.
Un objet a une masse de 90 g et un volume de 30 cm³. Quelle est sa masse volumique ?
- A.3 g/cm³Bonne réponse
- B.0,33 g/cm³
- C.120 g/cm³
- D.2700 g/cm³
Réponse : A — 3 g/cm³
La masse volumique se calcule par ρ = m / V = 90 / 30 = 3 g/cm³. Répondre 0,33 g/cm³, c'est avoir divisé le volume par la masse (30 / 90), ce qui est l'erreur classique. Vérifie : un objet lourd pour son volume a une grande masse volumique, donc 3 est cohérent.
Sachant que 1 cm³ d'eau a une masse d'environ 1 g, quelle est la masse d'environ 250 cm³ d'eau ?
- A.25 g
- B.250 gBonne réponse
- C.2,5 g
- D.2500 g
Réponse : B — 250 g
Si 1 cm³ d'eau pèse 1 g, alors 250 cm³ pèsent 250 × 1 = 250 g (soit 0,25 kg). C'est cohérent avec le fait que 1 L d'eau (1000 cm³) pèse 1 kg = 1000 g. Répondre 25 g reviendrait à ne compter que 25 cm³.
Deux cubes ont exactement le même volume, mais le cube A a une masse plus grande que le cube B. Que peut-on en déduire ?
- A.Le cube A a une masse volumique plus grandeBonne réponse
- B.Le cube B a une masse volumique plus grande
- C.Ils ont la même masse volumique
- D.Le cube B occupe plus de place
Réponse : A — Le cube A a une masse volumique plus grande
À volume égal, la masse volumique (ρ = m / V) est plus grande pour l'objet le plus lourd. Comme A est plus lourd que B pour le même volume, A a la plus grande masse volumique. Les deux cubes ayant le même volume, celui n'est pas ce qui les distingue.
Un métal a une masse volumique de 8 g/cm³. Quelle est la masse d'un morceau de ce métal de volume 25 cm³ ?
- A.3,1 g
- B.33 g
- C.200 gBonne réponse
- D.0,32 g
Réponse : C — 200 g
La masse volumique relie masse et volume : ρ = m / V, donc m = ρ × V = 8 × 25 = 200 g. Vérifions : chaque cm³ pèse 8 g, et il y a 25 cm³, donc 8 × 25 = 200 g. Répondre 3,1 g (= 25 / 8), c'est inverser la relation ; 33 g (= 25 + 8), c'est additionner au lieu de multiplier.
Une éprouvette contient 60 mL d'eau. On y plonge un caillou de masse 96 g ; le niveau monte à 92 mL. Quelle est la masse volumique du caillou ?
- A.1,04 g/cm³
- B.3 g/cm³Bonne réponse
- C.1,6 g/cm³
- D.32 g/cm³
Réponse : B — 3 g/cm³
D'abord le volume du caillou par déplacement d'eau : V = 92 − 60 = 32 mL = 32 cm³. Ensuite la masse volumique : ρ = m / V = 96 / 32 = 3 g/cm³. Le piège serait de diviser 96 par 92 (le volume final total) ou d'oublier de soustraire les 60 mL de départ. Le volume à utiliser est bien celui du caillou seul : 32 cm³.
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Ce chapitre compte 36 exercices corrigés dans l'application, avec le suivi de ta progression.
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