Съдържание

ВсОШ 2016, Регионален етап, 7–11 клас — Задача 8. 10 класс — Соль (хлорид натрия)

Оригинал на условието (PDF)Съобщи за грешка

Всички материали от ВсОШ 2016

Региональный этап — экспериментальный тур, 7–11 классы, 22 января 2016 г. · 15 т.

Внимание: Бележка към темата

Полностью прочитан родной 34-страничный комплект: десять целых экспериментальных задач, по две для 7, 8, 9, 10 и 11 классов, 31 номерованный запрос в условиях. На страницах 1–10 напечатана олимпиада имени Дж. Максвелла, на страницах 11–34 — всероссийская олимпиада школьников. Все варианты по классам сохранены отдельно, включая разные оборудование и критерии. Полностью сохранены возможные решения, имена авторов, указания организаторам, бланки, таблицы, график, все критерии и допуски. В решениях соли и конденсатора нет отдельного численного расчёта погрешностей. Исходные несогласованные обозначения и записи сохранены с примечаниями читателя. Ключ назван «Возможное решение»; авторство организаторов сверх напечатанных имен по архивному PDF не установлено.

Исходные заголовки и группировка

Региональный этап олимпиады имени Дж. Максвелла по физике. 22 января 2016 г. (7 и 8 классы, страницы 1–10).

Региональный этап всероссийской олимпиады школьников по физике. 22 января 2016 г. (9, 10 и 11 классы, страницы 11–34).

Примечание читателя к источнику: родной PDF содержит условия и ключи в одном документе. Единственный явно номерованный заголовок задачи — «Задание 2» у ластика для 9 класса; порядок остальных задач следует родным страницам, без выдуманных исходных номеров. Для 7 и 8 классов каждая задача имеет критерии на 10 баллов, для 9–11 классов — на 15 баллов. Суммарный балл за все разные классы и время в исходнике не напечатаны. Каталог предварительно перечислял восемь задач; полный источник содержит ещё обе задачи для 11 класса.

Условие

Оборудование: Цилиндр измерительный объемом 100 мл, пробирка, стакан с водой, шприц, 2 комплекта порошка поваренной соли (в комплект входит три порции поваренной соли (NaCl) массой 5 г, 10 г, 20 г.), бумажные салфетки.

Указание: Перед началом работы тщательно продумайте последовательность ваших действий. При выполнении работы описывайте, что вы делали. Для выполнения задания используйте только один комплект. Второй комплект вам выдан для проведения пробного эксперимента. Дополнительные порции соли выдаваться не будут.

Плотность воды $ρ_\textit{В}=1{,}0$ г/см³.

Задание

1 Определите плотность $ρ_\textit{П}$ порошка хлорида натрия.

2 Определите соотношение масс соли и воды $(α=M_\textit{с}/M_\textit{в})$ в насыщенном растворе поваренной соли при комнатной температуре (известно, что $α<0{,}5$ ).

Примечание 1: насыщенным раствором называется жидкость в которой перестает растворяться соль.

3 Определите плотность $ρ_\textit{К}$ кристаллов хлорида натрия.

4 Чему равно расстояние $\textit{а}$ между центрами соседних атомов натрия и хлора (приведите расчётную формулу)? Молярная масса натрия 23 г/моль, молярная масса хлора 35 г/моль.

5 Оцените погрешность в определении $α$ , $ρ_\textit{П}$ , $ρ_\textit{К}$ , $\textit{а}$ .

Примечание 2

На рисунке представлена кристаллическая решетка хлорида натрия, в которой атомы натрия и хлора чередуются по всем направлениям в пространстве.
Число Авогадро $N_A=6{,}02\cdot10^{23}$ моль⁻¹.

Исходная кристаллическая решетка хлорида натрия с подписями и исходными отметками изображения

Решение

Возможное решение. Кармазин С., Чжан М.

Указание для организаторов

Рекомендуется использовать соль «экстра» мелкого помола.

Порции соли должны быть отмерены с точностью ±0,1 г.

Шприц рекомендуем брать объемом 20 мл с ценой деления 1 мл.

Цилиндр измерительный объемом 100 мл, должен быть узким, с ценой деления 1 мл/дел.

Емкость стакана с водой 0,2–0,5 л.

Возможное решение

Исходная ячейка NaCl с расстоянием a и цветными Na/Cl

1 Для определения плотности порошка соли навеску массой 20 грамм следует высыпать в мерный стакан и измерить объем этого количества соли. Организаторам следует заранее определить плотность порошка той партии соли, которая используется в эксперименте. Ориентировочно, $(1100<ρ<1200)$ кг/м³.

2 Для определения отношения $α$ масс соли и воды в насыщенном растворе высыпаем навеску соли массой 5 грамм в пробирку и добавляем фиксируемые порции воды с помощью шприца. Дискретность (шаг) добавляемых порций воды выбирается участником олимпиады самостоятельно. После каждого добавления воды тщательно перемешиваем раствор. Теоретически процедура должна продолжаться до полного исчезновения кристалликов соли в воде. Однако, в соли может находиться некоторое небольшое количество посторонних нерастворимых примесей. Поэтому добиваться абсолютно полного исчезновения осадка не целесообразно. Эксперимент следует продолжать до тех пор, пока количество кристалликов в осадке не изменится при очередном добавлении 1 мл воды. Табличное значение $α=0{,}36$ . Практически, удовлетворительным результатом следует считать $0{,}32<α<0{,}35$ .

3 Для определения плотности кристаллов хлорида натрия, находящуюся в мерном стакане порцию соли следует залить небольшим количеством воды. Туда же можно вылить содержимое пробирки. В любом случае, необходимо обеспечить насыщенность раствора в мерном стакане, т.е. наличие в нем достаточного количества нерастворенной соли. В этом состоянии фиксируется объем содержимого в стакане. Затем в мерный стакан высыпается навеска соли массой 20 грамм и снова фиксируется объем содержимого. Необходимо, чтобы уровень водя в мерном цилиндре был выше уровня соли. Так как добавленная соль не может раствориться в насыщенном растворе, ее объем равен разности полученных объемов. Табличное значение плотности NaCl $ρ=2165$ кг/м³.

4 В ячейку кристалла, ребро которой равно расстоянию между центрами атомов натрия и хлора, входит 4 восьмых части атома хлора и 4 восьмых части атома натрия (см. рисунок), т.е. в ячейку входит по половине того и другого атома. Таким образом масса этой ячейки равна половине суммы масс атомов натрия и хлора $m=\tfrac12(M_1+M_2)/N_o$ , где $M_1$ и $M_2$ — молярные массы натрия и хлора соответственно, а $N_o$ — число Авоградро. Объем этой ячейки равен кубу ребра $\textit{а}$ . Плотность равна отношению массы к объему. Используя плотность, полученную в пункте 3, вычисляем значение расстояния $\textit{а}$ . Табличное значение $\textit{а}=0{,}281$ нм.

Критерии оценивания

№	Критерий	Баллы
1	Определена плотность порошка поваренной соли	2
1а	Обоснование метода	0,5
1б	Результаты измерений	0,5
1в	Попадание в узкие ворота (1,1–1,2) г/см³	1
1в	Широкие ворота (1,0–1,3) г/см³	0,5
2	Определено отношение $α$ масс соли и воды в насыщенном растворе NaCl	4
2а	Обоснование метода	2
2б	Результаты измерений	0,5
2в	Попадание в узкие ворота (0,32–0,35)	1,5
2в	Широкие ворота (0,30–0,37)	0,5
3	Определена плотность кристаллического NaCl	5
3а	Обоснование метода	1,5
3б	Результаты измерений	0,5
3в	Попадание в узкие ворота (2,1–2,2) г/см³	3
3в	Средние ворота (2,0–2,3) г/см³	2
3в	Широкие ворота (1,8–2,5) г/см³	1
4	Определено расстояние между атомами Na и Cl	3
4	За правильные теоретические выкладки, позволяющие найти расстояние $\textit{а}$ ставить	2
5	Оценка погрешностей	1

Примечание 1: Числовые значения плотности соли зависят от степени очистки соли заводом изготовителем, поэтому организаторам олимпиады необходимо проделать эксперименты самостоятельно и получить свои значения.

Примечание 2: за отсутствие единиц измерений в ответе на любой вопрос снимается 1 балл.

Примечание читателя к источнику

Исходный ключ содержит табличное $α=0{,}36$ и отдельный практический интервал $0{,}32<α<0{,}35$ ; оба сохранены. В условии и критериях требуется оценить погрешности, но отдельного расчёта погрешностей в возможном решении нет. Обозначение числа Авогадро в условии $N_A$ , в ключе $N_o$ ; исходные обозначения сохранены. Нумерация подстрок критериев в таблице привязана к исходным пунктам; повторенные строки допусков являются альтернативами оценивания, а не суммируемыми баллами.

Оригинал в Архива: region16E.pdf · решение от архива: region16E.pdf