V VIDYALAYA · Soutien scolaire
Physique-Chimie5eOrganisation et transformations de la matiereExercices + corrigé

Conservation de la masse lors des changements d'état — Exercices

Appliquer, calculer, raisonner. Corrigé en fin de document.
⏱ ~20 min✎ Calculatrice autorisée
1Vrai ou faux ?/ 3 pts
Pour chaque affirmation, indique si elle est vraie ou fausse et justifie en une phrase.
  1. Quand $150$ g de glace fondent dans un récipient hermétiquement fermé, on obtient $150$ g d'eau liquide.
  2. Lors de la congélation de l'eau, la masse augmente car la glace prend plus de place.
  3. Si de l'eau s'évapore dans un récipient ouvert, la masse d'eau liquide restante diminue.
2Calcul direct/ 4 pts
Applique la loi de conservation de la masse pour répondre à chaque question.
  1. On fait fondre un glaçon de $45$ g dans un verre hermétiquement fermé. Quelle est la masse d'eau liquide obtenue ?
  2. On congèle $320$ g d'eau liquide dans un bac à glaçons. Quelle est la masse de glace obtenue ?
  3. Dans un flacon fermé, $80$ g d'eau se vaporisent entièrement. Quelle est la masse de vapeur d'eau dans le flacon ?
  4. De la vapeur d'eau de masse $110$ g se liquéfie entièrement dans un récipient fermé. Quelle est la masse d'eau liquide obtenue ?
3Récipient ouvert ou fermé ?/ 4 pts
On verse $500$ g d'eau dans deux casseroles identiques A (sans couvercle) et B (avec couvercle hermétique). On chauffe les deux jusqu'à ce qu'une partie de l'eau se vaporise.
  1. Après chauffage, on pèse l'eau restante dans la casserole A : il en reste $430$ g. Quelle masse d'eau s'est transformée en vapeur ?
  2. Cette vapeur est-elle encore dans la casserole A ? Explique où elle se trouve.
  3. Quelle est la masse totale contenue dans la casserole B (eau liquide + vapeur) après chauffage ? Justifie.
  4. Dans laquelle des deux casseroles peut-on appliquer directement $m_\text{avant} = m_\text{après}$ à ce que l'on mesure dans le récipient ?
4Problème : les glaçons du congélateur/ 4 pts
On remplit un bac à glaçons avec $360$ g d'eau liquide et on le place au congélateur. Le lendemain, toute l'eau a gelé. On sort les glaçons et on les observe : ils dépassent légèrement du bac.
  1. Quelle est la masse des glaçons formés ? Justifie.
  2. La masse a-t-elle augmenté puisque les glaçons dépassent du bac ? Explique la différence entre masse et volume.
  3. On place les glaçons dans un bol hermétiquement fermé et on les laisse fondre entièrement. Quelle masse d'eau liquide obtient-on ?
5Calcul malin : bilan en trois étapes/ 5 pts
On part de $600$ g d'eau liquide dans un flacon hermétiquement fermé. L'expérience se déroule en trois étapes successives.
  1. Étape 1 — Chauffage : $150$ g d'eau se vaporisent. Quelle est la masse totale dans le flacon ? Quelle masse d'eau liquide reste-t-il ?
  2. Étape 2 — Refroidissement : la vapeur se liquéfie entièrement. Quelle est la masse d'eau liquide dans le flacon ?
  3. Étape 3 — Congélation : toute l'eau liquide gèle. Quelle est la masse de glace obtenue ?
  4. Que remarques-tu sur la masse à chaque étape ? Quelle loi cela illustre-t-il ?
Corrigé détaillé
1Vrai ou faux
a) \(\text{VRAI} : m_\text{eau} = m_\text{glace} = 150 \text{ g}\) \(\text{Système fermé, donc la masse est conservée.}\)
b) \(\text{FAUX} : m_\text{glace} = m_\text{eau} \text{ (la masse est conservée)}\) \(\text{C'est le volume qui augmente lors de la congélation, pas la masse.}\)
c) \(\text{VRAI} : \text{la vapeur quitte le récipient ouvert}\) \(\text{La masse du liquide restant diminue car une partie de la matière s'est échappée dans l'air.}\)
2Calcul direct
a) \(m_\text{eau liquide} = m_\text{glace} =\) \(45 \text{ g}\)
b) \(m_\text{glace} = m_\text{eau} =\) \(320 \text{ g}\)
c) \(m_\text{vapeur} = m_\text{eau} =\) \(80 \text{ g}\)
d) \(m_\text{eau liquide} = m_\text{vapeur} =\) \(110 \text{ g}\)
3Récipient ouvert ou fermé
a) \(m_\text{vapeur} = 500 - 430 =\) \(70 \text{ g}\)
b) \(\text{Non, la vapeur s'est dispersée dans l'air ambiant.}\) \(\text{Elle a quitté la casserole ouverte et s'est mélangée à l'atmosphère.}\)
c) \(m_\text{totale} = m_\text{avant} =\) \(500 \text{ g} \quad \text{(eau liquide + vapeur, tout est resté dans B)}\)
d) \(\text{Dans la casserole B uniquement (système fermé).}\) \(\text{Dans A, une partie de la matière a quitté le récipient, donc } m_\text{mesurée} \lt m_\text{initiale}.\)
4Les glaçons du congélateur
a) \(m_\text{glace} = m_\text{eau} =\) \(360 \text{ g}\)
b) \(\text{Non : } m_\text{glace} = m_\text{eau} = 360 \text{ g}\) \(\text{Le volume a augmenté (la glace est moins dense), mais la masse est restée identique.}\)
c) \(m_\text{eau après fusion} = m_\text{glace} =\) \(360 \text{ g}\)
5Bilan en trois étapes
Étape 1 \(m_\text{totale} = 600 \text{ g} \;; \quad m_\text{liquide restant} = 600 - 150 =\) \(450 \text{ g de liquide} + 150 \text{ g de vapeur} = 600 \text{ g au total}\)
Étape 2 \(m_\text{liquide} = 450 + 150 =\) \(600 \text{ g}\)
Étape 3 \(m_\text{glace} = m_\text{eau liquide} =\) \(600 \text{ g}\)
Conclusion \(\text{Masse à chaque étape : } 600 \text{ g}\) \(\text{La masse est conservée à chaque changement d'état dans un système fermé.}\)