HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Fakultet for lærer- og tolkeutdanning

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Fakultet for lærer- og tolkeutdanning Emnekode(r): Emnenavn: LGU53004 Naturfag emne 1 - Kjemi Studiepoeng: 9 Eksamensdato: 1. desember 2015 Varighet/Timer: Målform: Kontaktperson/faglærer: (navn og telefonnr på eksamensdagen) Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) 4 timer Bokmål Kari Feren, / mobil oppgaver og er på totalt 11 sider inklusive vedlegg og forside Vedlegg består av: (antall sider) 4 vedlegg Hjelpemidler: Kunnskapsløftet (2013) - læreplanen i naturfag hentet fra nettsidene til Utdanningsdirektoratet eller fra emnets sider på It s learning Tabeller i kjemi Lommeregner med tomt minne 3 håndskrevne A4 - sider som støtteark Info: Studenten skal svare på alle oppgavene. NB! Oppgaveteksten kan beholdes av studenter som sitter eksamenstiden ut. Resultatet blir gjort tilgjengelig fortløpende på studweb. Når sensur er innlevert av sensor, senest første virkedag etter sensurfristen (21 dager etter eksamensdato). Lykke til!

2 Oppgave 1 Organisk kjemi (35 %) a) Flervalgsoppgaver begrunn svarene kort. Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål i) Et utgangsstoff med molekylformel C 3H 8O reagerer med kromsyrereagens og gir produktet C 3H 6O. Produktet reagerer både med kromsyrereagens og Fehlings væske. Hvilke(n) av disse stoffgruppene kan utgangsstoffet tilhøre: i. primær alkohol ii. sekundær alkohol iii. aldehyd iv. keton? ii) Hva slags reaksjonstype er denne reaksjonen et eksempel på: CH 3(CH) 2COOCH 3(l) + NaOH(aq) CH 3(CH) 2COONa(aq) + CH 3OH(aq) A. oksidasjon B. eliminasjon C. hydrolyse D. kondensasjon iii) Figuren under viser strukturformelen til fenyleten og fire organiske forbindelser, A, B, C og D. Hvilken av forbindelsene er et mulig produkt ved addisjon av vann til fenyleten? Svaralternativer A. iii og iv B. i og ii C. i D. ii A B C D A B C D iv) 100 g C 2H 2 adderer Cl 2 og danner 120 g C 2H 3Cl 2. Utbytte regnes i prosent av teoretisk utbytte. Utbyttet i denne reaksjonen er omtrent: A. 35 % B. 50 % C. 100 % D. 120 % v) Hvilken av strukturformlene i figuren over viser hovedproduktet når 3- metylheks-2-en har addert HBr? A B C D A B C D

3 b) Noen studenter fikk i oppgave å analysere og identifisere fire ulike organiske forbindelser 1, 2, 3 og 4. I tillegg til testresultatene er følgende opplysninger gitt: - Hvert av stoffene er enten et aldehyd, et keton, eller en alkohol. - Molekylformelen for alle stoffene kan skrives CxHyO. - Forbindelsene har forskjellig molekylmasse, ingen av dem har like mange C atomer, men en av alkoholene har ett C atom i formelen. - Forbindelsen med den største molekylmassen, 74 u, er den eneste som har x = 4 i molekylformelen. - En av de ukjente forbindelsene er en sekundær alkohol - Ingen av forbindelsene er umettede eller har ringstruktur i molekylformelen. Resultatet av testen er vist i tabellen under: Positiv reaksjon markeres med +, negativ reaksjon med -. Ukjent forbindelse Dikromat -ion Reaksjon med 2,4 - DNFH , men reaksjonsproduktet gjør det Identifiser stoffene, skriv strukturformel og navn for hvert av stoffene 1, 2, 3 og 4. c) Velg (minst) en av makromolekylene protein, karbohydrater eller fett og forklar hva som karakteriserer dem rent kjemisk stoffgruppe, funksjonelle grupper, bindingstyper osv. Det vil si ikke rollen som næringsstoffer!

4 d) Oppgave 2 Redoks (40 %) a) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål i) Hva skjer når en bit sink legges i en vannløsning som inneholder magnesiumnitrat og sølvnitrat? 1. Zn blir oksidert. 2. Mg 2+ blir redusert 3. Ag + blir redusert 4. Det skjer ingenting. ii) Vi har gitt standard reduksjonspotensial for disse delreaksjonene: H 2O 2(aq) + 2 H + (aq) + 2 e - 2 H 2O(l) E 0 = + 1,763 V Fe 3+ (aq) + e - Fe 2+ (aq) E 0 = + 0,769 V Hva blir standard reduksjonspotensial til følgende reaksjon: H 2O 2(aq) + 2 H + (aq) + 2 Fe 2+ (aq) 2 H 2O(l) + Fe 3+ (aq) iii) Hvilken av disse kan skje ved anoden (den positive elektroden) i en elektrolysecelle? iv) En elev skal lage galvanisk element og har tatt fram følgende utstyr: - to begerglass, 250 ml - ledninger - krokodilleklemmer - magnesium - kobber ml 0,20 mol/l Mg(NO 3) ml 0,20 mol/l Cu(NO 3) 2 Hva mangler han? Svaralternativer A) 1 og 2 B) 1 og 3 C) 1, 2 og 3 D) 4 A) 0,225 V B) 0,994 V C) 2,532 V D) 3,301 V A) Cl - Cl 2 B) H 2O H 2 C) Na + Na D) O 2 H 2O A) positive elektrode B) negative elektrode C) batteri D) saltbro b) Noen studenter fikk i oppgave å bestemme jerninnholdet i løsning. De bestemte seg for å titrere med kaliumpermanganat, og fant en løsning på laboratoriet der konsentrasjonen var oppgitt til 0,02 mol/l (M). Siden de visste at kaliumpermanganat (KMnO4) ikke er helt stabilt, og at de trengte å vite den eksakte konsentrasjonen til løsningen, bestemte de seg for først å innstille løsningen, dvs. bestemme den eksakte konsentrasjonen til løsningen ved å bruke natriumoksalat (COO)2Na2. i) Studentene kom frem til følgende balanserte reaksjonslikning for reaksjonen: 2 MnO (COO) H + 2 Mn CO2 + 4 H2O Vis at ved hjelp oksidasjonstall og/eller oksidasjonstall at denne reaksjonen er balansert.

5 i) Studentene bestemte seg for at de skulle titrere to paralleller, og veide inn 0,165 og 0,170 gram natriumoksalat. De brukte henholdsvis 25, 2 og 28,3 ml kaliumpermanganat i de to parallellene. Etter at studentene hadde vurdert resultatene fant de ut at de skulle titrere en 3. parallell. Denne gangen veide de inn 0, 164 g natriumoksalat og brukte 25,0 ml kaliumpermanganat. Finn konsentrasjonen til kaliumpermanganat i de tre parallellene. Studentene valgte å se bort fra den mellomste parallellen. Hvorfor var det naturlig? Regn ut gjennomsnittlig konsentrasjon av KMnO4 for de to parallellene studentene brukte i beregningen. Molar masse for natriumoksalat Mm ((COO)2Na2) = 134,0 g/mol. ii) Studentene fant deretter at det gjennomsnittlige jerninnholdet i de to prøvene de skulle bestemme jerninnholdet i var på henholdsvis 0, 230 g. Hva var masseprosenten av jern i den legeringen de brukte til å lage løsningen, når den gjennomsnittlige massen av de to prøvene de hadde veid var 0,298 g? c) En 9. klasse arbeidet med kapitlet om metaller i en lærebok. I læreboken (Eureka 9) finnes følgende «tabeller»:

6 Elevene ble ganske ivrige, og mange av dem hadde sett og forstått at rust var et resultat av at jern reagerer i luft. Det som var vanskeligere å forstå, var hva elektrolyse er, og hvorfor noen metaller må utvinnes ved elektrolyse av smeltet metall. Læreren bestemte seg for å forklare godt hva elektrolyse er, og vise elevene eksempler på at noen metaller ikke kan og noen metaller kan fremstilles ved elektrolyse av vannløsning. Hen laget to elektrolyseceller, i den ene hadde hen en vannløsning av natriumklorid (NaCl) og i den andre kobber(ii)klorid (CuCl2). I begge løsningene hadde hen et par dråper fenolfthaleïn (rosa i basisk løsning). I tillegg demonstrere hen hva som skjer hvis metallet natrium legges i vann, også her med fenolfthaleïn som indikator. i) Hvordan ville du forklart hva elektrolyse er og hva som foregår der hvis du var denne læreren? ii) iii) Elevene observerte at det luktet klorgass i begge elektrolysene, og at det i karet med CuCl2 ble dannet et rødbrunt belegg i tillegg til klorgass, mens det i det andre elektrolysekaret ble dannet gasser på begge elektrodene og løsningen ble farget rosa. Hvordan ville du som lærer forklare resultatene, og samtidig trekke inn det at noen metaller, som natrium, reagerer med vann? Noen av elevene i denne klassen var spesielt interessert i kjemi og ville at du skulle sette reaksjonene som skjer ved elektrolysene. En av elevene hadde tidligere spurt om hva oksidasjon og reduksjon er. Hvordan ville du forklare dette i sammenheng med at du satte opp reaksjonslikningene for denne spesielt interesserte gruppen? (De andre elevene i klassen fikk noe andre oppgaver mens du gjorde dette.)

7 Oppgave 3 Syrer og baser (25 %) a) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål i) 25,00 ml 0,1050 mol/l H 2SO 4 titreres med en NaOHløsning med ukjent konsentrasjon. Fenolfthaleïn gir omslag når 17,23 ml NaOH er tilsatt. Hva er [NaOH]? ii) Hva er ph i 0,15 mol/l metansyre, HCOOH, K a = 1, mol/l iii) Hvilket av disse oksidene gir basisk løsning når det løses i vann? iv) Ioneproduktet til vann ved 45 C er 4,0 x Hva er ph i rent vann ved denne temperaturen? v) Hva er protolysegraden i en 0,010 mol/l HCN løsning? K a = 6,2 x mol/l vi) HCN er en svak syre (K a = 6,2 x ). NH 3 er en svak base (K b = 1,8 x 10-5 ). En 1,0 mol/l løsning av NH 4CN er Svaralternativer A) 0,07617 mol/l B) 0,1447 mol/l C) 0,1524 mol/l D) 0,3047 mol/l A) 0,8 B) 1,5 C) 2,3 D) 3,7 A) K 2O B) NO C) CO 2 D) SO 3 A) 6,7 B) 7,0 C) 7,3 D) 13,4 A) 0,0025 % B) 0,025 % C) 0,25 % D) 2,5 % A) sterkt sur B) svakt sur C) nøytral D) svakt basisk b) I læreverket Eureka behandles syrer og baser i boka for 8. trinn og har blant annet avsnitt som handler om egenskaper hos syrer og baser, litt om ph indikatorer og et eget avsnitt om PH verdier og ph skalaen, der det blant annet fortelles om ph verdier i nøytrale, sure og basiske løsninger. Det sies også at alle syrer har en H i formelen, med formler for saltsyre, svovelsyre og salpetersyre som eksempler. Når det gjelder baser omtales natronlut og ammoniakk i Salmi, men verken oksoniumionet (H3O + ) eller hydroksidionet (OH - ) nevnes i teksten. Syrer og baser er ikke tema senere Eurekabøker på ungdomstrinnet, og de er heller ikke omtalt i kompetansemålene for naturfag i videregående skole. For elever som bruker Eureka kan altså det de lærer i 8. klasse være det eneste elever lærer om syre og base, med unntak av at Eureka 9 omtaler de negative ionene til syrene over når læreverket omhandler salter og navnsetting. Reflekter (kort) over på hvilket trinn og med hvilket innhold du selv vil undervise om syrer og baser, og kommenter gjerne måten forfatterne av Eureka har lagt opp dette temaet.

8 Vedlegg 1

9 Vedlegg 2 Bromløsning Påvisningsreaksjoner i organisk kjemi Stoff Påviser Reaksjonsprodukt Synlige tegn Natriumhydrogenkarbonat Kromsyrereagens (kaliumkromat i svovelsyre) 2,4-dinitrofenylhydrazin (2,4 DNFH) Fehlings test/ Benedicts løsning FeCl 3 i vannløsning Dobbelt - og trippelbindinger Karboksylgrupper R - COOH Oksiderbare grupper, -OH i alkoholer -CHO i aldehyder Karbonylgruppen (-CO-) i aldehyder og ketoner Aldehyder Fenoler (alkoholer der R er en benzenring) Enkeltbindinger Bromløsningen avfarves Det dannes CO 2(g) Gassutvikling Aldehyd (prim. alk.) Keton (sek. alk.) Karboksylsyre (aldehyder) Karboksylgruppe Dannes et kompleks Grønnfarving av løsningen Gult bunnfall Gulrødt til brunt bunnfall av Cu 2O Løsningen blir lilla

10 Vedlegg 3 Standard reduksjonspotensial er ved 25 ⁰C

11 Vedlegg 4 Syre og basekonstanter, (Ka og Kb) ved 25 C

12