HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for lærer- og tolkeutdanning

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for lærer- og tolkeutdanning Emnekode(r): LGU53004 Emnenavn: Naturfag emne 1 Studiepoeng: 15 Eksamensdato: 12. desember 2014 Varighet/Timer: Målform: Kontaktperson/faglærer: (navn og telefonnr på eksamensdagen) Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) 6 timer Bokmål Helge Rø, / mobil Kari Feren, / mobil oppgaver og er på totalt sider 16 sider Vedlegg består av: (antall sider) 6 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 4 håndskrevne støtteark to i biologi og to i kjemi Info: Du skal svare på alle oppgavene, men i oppgave 2 (redoks) kan du velge mellom to deloppgaver. Begynn biologi og kjemidelen på nye sider, de skal sensureres separat. Husk å beregne tid til både kjemi og biologi, siden begge emnene må være bestått for at eksamen i emnet skal være bestått! 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 (15 virkedager etter eksamensdato). Lykke til!

2 Kjemi 60 % - start denne delen på et nytt ark Oppgave 1 Organisk kjemi (20 %) 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 med Fehlings væske. ii) Hvilke(n) av disse stoffgruppene kan utgangsstoffet tilhøre: i. primær alkohol ii. sekundær alkohol iii. aldehyd iv. keton? 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. hydrolyse B. oksidasjon C. eliminasjon D. kondensasjon iii) Figuren under viser strukturformelen til fire ulike organiske forbindelser: A, B, C og D. Hvilken av forbindelsene viser en aminosyre: Svaralternativer A. ii og iii B. ii og iv C. i og ii D. i A B C D A B C B iv) 100 g C 2H 2 adderer HCl og danner 120 g C 2H 3Cl. Utbytte regnes i prosent av teoretisk utbytte. Utbyttet i denne reaksjonen er omtrent: A. 20 % B. 50 % C. 100 % D. 120 % A B C D

3 b) To grunner til at GHB er et spesielt farlig dop, er at stoffets virkning på kroppen er uforutsigbart og at renheten og konsentrasjonen på den varen som tilbys i brukermiljøet som regel er ukjent. Stoffet har tidligere vært fritt omsettelig i Norge, men er nå kommet på narkotikalisten til politiet. Denne oppgaven tar opp de kjemiske forholdene til GHB som delvis er omtalt i utklippet fra Dagbladet. I figuren under viser A det mest vanlige utgangsstoffet for framstilling av GHB. B og C viser strukturformlene til to former av GHB. + NaOH(aq) HO-CH 2-CH 2-CH 2-COO - Na + HO-CH 2-CH 2-CH 2-COOH A B C 1) Skriv det systematiske navnet på C. 2) Forklar hvorfor både B og C er lett løselig i vann. c) Med utgangspunkt i de funksjonelle gruppene skal du nå begrunne om en eller flere av disse påstandene om C er riktige: 1) C er både en syre og en base. 2) C kan oksideres med kromsyrereagens. 3) C alene vil reagere og danne ester hvis stoffet tilsettes konsentrert svovelsyre og varmes. d) Du har fem forbindelser: X1, X2, X3, X4 og X5. Disse reagerer som vist i tabell 1. Det er bare markert i tabellen der det skjer en reaksjon. Forbindelse X1 X5 Reagens X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 Fehlings væske Reaksjon Kromsyrereagens (oksidasjonsmiddel) Reaksjon 2,4-difenylhydrazin Reaksjon Reaksjon Bromløsning FeCl3(aq) Reaksjon Reaksjon Reaksjon Tabell 1

4 Under følger fem forslag til hvilke stoffgruppe disse forbindelsene tilhører: I. X1 er et aldehyd. II. X2 er en primær alkohol. III. X3 er en sekundær alkohol. IV. X4 er et alken. V. X5 er et keton. Hvilke av de fem påstandene er riktige? Oppgave 2 Redoksreaksjoner (20 %) a) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! i) ii) iii) iv) Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål Oksidasjonstall Oksidasjonstallet til jod i KIO 3 er: Dette metallet vil ikke redusere kobberioner: A) sølv B) natrium C) sink D) jern Reaksjonen i et blybatteri når det leverer strøm er: Pb (s) + PbO 2 (s) + H 2SO 4 2 PbSO H 2O Hvilket stoff blir oksidert når batteriet leverer strøm? Figuren viser en galvanisk celle. Hvilke metall-kombinasjoner vil gi den høyeste cellespenningen? Se vedlegg 1 for reduksjonspotensialer. Svaralternativer A) +VII B) +V C) +III D) -I A) B) C) D) A) H 2SO 4 B) PbO 2 C) Pb D) H 2O A) tinn og sink B) kobber og magnesium C) kobber og sølv D) kobber og sink Svar enten på oppgave b) eller c) b) Vin og vineddik Nedover i Europa kan en få kjøpt små leirkrukker med tappekran beregnet på egenproduksjon av vineddik. Vinrester skal opp i krukka [ ] Dersom de riktige bakteriene befinner seg på kjøkkenet, kan en så få vineddik. Produksjonen drives av etanol, bakteriekulturen og oksygen, forteller Erik Figenschou, utviklingsleder på kjemisk analyse hos Arcus Produkter AS. Vin har lav ph, og

5 eddiksyrebakteriene er en av tre organismer som kan leve i vin [ ] Produksjonen av rød og hvit vineddik startet sommeren 1997, og produksjonsgangen er som følger: Den røde eller hvite vinen tilsettes H 2O 2 der sulfitten oksideres til sulfat. Dette gjør at stabiliteten i vinen blir borte og den blir «mottakelig» for eddiksyrebakteriene. Hvor mye H 2O 2 som skal tilsettes blir bestemt av sulfittmengden i vinen, noe som laboratoriet hos Arcus tar seg av. i) For å hindre at mikroorganismer ødelegger vin, tilsettes SO2, som virker hemmende på dem. Innholdet av SO2 i en vin bestemmes ved at 100 ml vin pipetteres over i en erlenmeyerkolbe, tilsettes svovelsyre og titreres så med 0,0100 M (mol/l) jodløsning til ekvivalenspunktet. Titreringsreaksjonen kan skrives ii) Delreaksjonenes reduksjoner i surt miljø er: I2 + 2 e - 2 I - SO2 + I2 + 2H2O 4H + + SO I - SO H e - SO2 + 2 H2O 1. Bruk delreaksjonene til å vise at reaksjonen er balansert. 2. Forbruket av jodløsning var 7,80 ml. Vis at konsentrasjonen av SO2 i vinen da må være 50 mg/l. En løsning av H2O2 inneholder 30 % (masseprosent) H2O2 og har tettheten 1,00 g/ml. Beregn hvor stort volum av denne løsningen vi må tilsette 1,00 liter av vinen for akkurat å oksidere all SO2 i vinen til SO3. Reaksjonen er SO2 + H2O2 SO3 + H2O. c) Nitrogenets kretsløp er vist i figuren under: i) Det kan sies at nitrogenkretsløpet overveiende er et redokskretsløp. Bruk figuren

6 over til å gi en forklaring på dette. Bruk eksempler fra figuren for å vise reduksjoner og oksidasjoner. Vis med reaksjonsligninger hvis du ønsker det, det er ikke påkrevet. ii) Under er skrevet tre generelle reaksjoner for forbrenning av karbohydrater hos bakterier: Energiutbytte A) 2CH2O + NO H + 2 CO2 + NH4 + + H2O 329 kj/mol B) 2CH2O + SO H + 2 CO2 + H2S + H2O 102 kj/mol C) CH2O + CH2O CO2 + CH4 94 kj/mol Vis hva som blir oksidert og redusert i de tre tilfellene, og prøv å gi en kort forklaring på hvorfor energiutbyttet blir stadig mindre i de tre tilfellene, og at alle utbyttene er mindre enn i celleåndingen, som er 502 kj/mol CH2O. Under hvilke betingelser mener du reaksjonene A, B og C foregår i naturen, og hvilken «oppgave» oksygen i nitrat, sulfat og karbohydrat (C) i disse tilfellene? Oppgave 3 Syrer og baser (20 %) a) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! i) ii) iii) Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål Hvilke(t) av disse saltene vil gi gul løsning med indikatoren BTB (bromtymolblått) når de løses i vann? I NaCl II CH 3COONa III NaHSO 4 IV NH 4Cl Hva blir ph i en løsning av 0,2 mol/l eddiksyre? K a = 1, ph i en løsning av 0,15 mol/l NaOH er 13,2. Hva blir da omtrentlig poh og ph i en 0,30 mol/l NaOH løsning? Svaralternativer A) III B) I og IV C) II og III D) III og IV A) 0,7 B) 2,3 C) 2,7 D) 4,6 A) 13,5 og 0,5 B) 0,5 og 13,5 C) 1 og 13,5 D) 13,5 og 1 iv) Hvilken av disse løsningene har høyest ph? Ka (CH3COOH) = Ka (NH4 + ) = 5, A) 0,10 mol/l CH3COOH B) 0,10 mol/l NH4Cl C) 0,10 mol/l CH3COOK D) 0,10 mol/l NH3

7 b) En lærer skulle bruke 5 % eddik til et forsøk i naturfag, men fant ikke noe eddik på skolen. Hun måtte lage løsningen samme dag. I skapet på naturfagsalen fant hun en flaske som det sto «Omtrent 1 mol/l eddiksyre» på. Hun bestemte seg for å bestemme konsentrasjonen til løsningen ved titrering. Til å gjøre det fant hun en flaske med 0,10 mol/l natriumhydroksid (NaOH). 1. Hun bestemte seg for å lage en fortynnet løsning av eddiksyren, og tok ut 10 ml av flasken med rundt 1 mol/l som hun fortynnet til 100 ml. 2. Hun satte opp reaksjonsligning for reaksjonen mellom eddiksyren og natriumhydroksidet: CH 3COOH + NaOH CH 3COONa + H 2O 3. Deretter titrerte tre paralleller, til hver av dem tok hun ut 25 ml av den fortynnede syren, og titrerte løsningen med 0,10 mol/l NaOH. Hun fant at gjennomsnittsforbruket for 3 paralleller var 20,0 ml NaOH. Vis at konsentrasjonen av den fortynnede eddiksyreløsningen var 0,080 mol/l. 4. Hun kunne da beregne konsentrasjonen til den ikke fortynnede løsningen («Omtrent 1 mol/l eddiksyre), og regne ut hvor mange g/l den ikke fortynnede løsningen var. 5. Etter at hun hadde gjort det, bestemte hun seg for at selv om den ufortynnede eddiksyren var litt under 5 %, ville hun bruke løsningen. Forklar hvordan hun regnet seg frem til at løsningen på flaske med merkelappen «Omtrent 1 mol/l eddiksyre» var litt under 5 %, og diskuter om det var greit å bruke denne løsningen til et forsøk som sa hun skulle bruke 5 % eddik. Molar masse for eddiksyre er 60 g/mol. Biologi 40 % - start denne delen på et nytt ark Oppgave 4 Celler (10 %) a) Nedenfor ser du et bilde av en celle. Velg deg tre celleorganeller og fortell hva som skjer hvis disse mangler. Det legges vekt på at du klarer å se sammenhenger og konsekvenser, ikke bare på cellenivå, men også på organismenivå. Skjemaet nedenfor illustrerer spørsmålet, og brukes gjerne i skolen for å vurdere om elevene ser sammenhenger. b) Hvilke av delene i cellen under kan du og elevene dine klare å se i et lysmikroskop? c) Du har en kollega uten naturfagbakgrunn. Hvilke preparater vil du anbefale å bruke, for å få sett disse cellekomponentene i lysmikroskop? d) En vanlig forestilling blant elever er at celler bare finnes i visse deler av kroppen. Forklar kort hvorfor dette ikke stemmer og hva du ville gjort for å motarbeide denne forestillingen. Hvordan vil du forklare for elevene hvordan kroppen utvikler alle disse ulike cellene?

8 Navn på objekt: Navn på på objektet: objekt: Navn på objekt: Navn på del av objektet: Navn på del av objektet: Navn på del av objektet: Hva vil skje hvis delen mangler? Hva vil skje hvis delen mangler? Hva vil skje hvis delen mangler? Oppgave 5 Cellemembran og osmose (10 %) a) Figuren i vedlegg 5 viser en rekke viktige biologiske molekyler og et utsnitt av en typisk plasmamembran. Illustrer med piler (i figuren) hvordan permeabiliteten er for de ulike molekylene. Forklar kort hvorfor de ulike molekylene kan/ikke kan trenge gjennom plasmamembranen. b) Ei plantecelle og ei dyrecelle plasseres i 3 ulike løsninger; en isoton løsning, en hyperton løsning og en hypoton løsning. Hva vil skje med plante- og dyrecella? Tegn og forklar hva som skjer i de ulike tilfellene. Husk å rive av vedlegget og legge det i besvarelsen!

9 Oppgave 6 Celleånding og fotosyntese (5 %) a) Hvor i celleåndingen blir det brukt oksygen? 1) Ved slutten av elektrontransportkjeden 2) Ved omdanning av pyruvat til Acetyl CoA 3) I Krebssyklusen 4) I glykolysen b) Hvilken påstand om celleånding er riktig? 1) ATP blir dannet i Krebssyklus 2) NADPH blir dannet i den oksidative fosforyleringen 3) ATP frigjør fosfat og det blir til ADP i den oksidative fosforyleringen 4) I Krebssyklus inngår acetyl-koenzym A (acetyl-coa) i alle reaksjoner der CO2 blir frigjort. c) Hvilken av disse prosessene skjer ikke i oksidativ fosforylering, men bare i fotosyntesen? 1) Elektroner blir overført mellom forskjellige proteiner i en elektrontransportkjede. 2) Protoner fra spalting av vann blir transportert gjennom en membran. 3) Energirike elektroner og protoner blir spaltet av fra NADPH eller NADH. 4) Energirike fosfatgrupper blir overført fra ADP-molekyler og danner ATP. d) Hva skjer i både fotosystem 1 og fotosystem 2? 1) Det blir tatt opp elektroner fra vann 2) Elektroner i klorofyll blir eksistert 3) Det blir dannet oksygen 4) Det blir dannet NADPH e) Fotosyntesens syntesedel (Calvin-syklus) foregår i.. 1) væskerommene inne i grana/thylakoidene 2) thylakoidmembranen 3) stroma/det indre rommet av kloroplasten 4) yttermembranen rundt kloroplasten f) Hva hører ikke hjemme i Calvin-syklusen? 1) Karbondioksid blir tatt opp 2) NADPH blir endret til NADP + 3) Oksygengass blir frigjort 4) ATP blir omdannet til ADP + P Oppgave 7 Gener og arv (15 %) a) Cella under viser ei celle under meiosen. Hvordan kan man se at cella gjennomgår meiose og ikke mitose? Hvilken fase av meiosen er det snakk om?

10 b) Av og til skjer uforutsette ting som gjør at arvestoffet endres. Vi snakker da om mutasjoner- Vi skiller gjerne mellom to hovedtyper mutasjoner punktmutasjoner og storskalamutasjoner. Hva legges i disse begrepene? Kom med eksempler på begge typer mutasjoner. c) To erteplanter som er heterozygote for egenskapene belgfasong (glatt eller rynkete) og belgfarge (grønn eller gul), krysses. Tegn et krysningsskjema og avgjør den fenotypiske ratioen (andelen) til avkommet. d) Stamtavla i figuren i vedlegg 6 viser arveligheten av alkaptonuria, en medfødt stoffskiftefeil, i en familie. Mennesker med alkaptonuria er ikke i stand til å bryte ned alkapoton, noe som medfører svart urin og farging av kroppsvev. I stamtavla er de med alkaptonuria markert med lilla. Ut i fra figuren, skyldes denne stofskiftefeilen et dominant eller recessivt allel? Fyll inn genotypen til de individene som utvetydig lar seg bestemme. Hvilke genotyper er mulig for de andre individene? Marker direkte i figuren i vedlegget. Husk å rive av vedlegget og legge det i besvarelsen!

11 Vedlegg 1

12 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 Det dannes CO 2(g) Aldehyd (prim. alk.) Keton (sek. alk.) Karboksylsyre (aldehyder) Karboksylgruppe Dannes et kompleks Bromløsningen avfarves Gassutvikling Grønnfarving av løsningen Gult bunnfall Gulrødt til brunt bunnfall av Cu 2O Løsningen blir lilla

13 Vedlegg 3 Standard reduksjonspotensial er ved 25 ⁰C

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

15 Vedlegg 5 Kandidatnummer: Husk å legge ved figuren i eksamensbesvarelsen din.

16 Vedlegg 6 Kandidatnummer: Husk å legge ved figuren i eksamensbesvarelsen din.

17 Eksamenskrav Kjemi 60 % - start denne delen på et nytt ark Oppgave 1 Organisk kjemi (20 %) 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 med Fehlings væske. Hvilke(n) av disse stoffgruppene kan utgangsstoffet tilhøre: i. primær alkohol gir at aldehyd, som reagerer med Fehlings væske ii. sekundær alkohol gir et keton som ikke reagerer i Fehlings test iii. aldehyd iv. keton? 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. hydrolyse - dette er en basisk hydrolyse som gir alkoholen og salt av syra B. oksidasjon C. eliminasjon D. kondensasjon iii) Figuren under viser strukturformelen til fire ulike organiske forbindelser: A, B, C og D. Hvilken av forbindelsene viser en aminosyre: Svaralternativer A) ii og iii B) ii og iv C) i og ii D) i A B C D A B C B iv) Stoffet C inneholder både en amino og en karboksylgruppe og er en aminosyre 100 g C 2H 2 adderer HCl og danner 120 g C 2H 3Cl. Utbytte regnes i prosent av teoretisk utbytte. Utbyttet i denne reaksjonen er omtrent: A. 20 % B. 50 % C. 100 % D. 120 % 100 g C 2H 2 er ca. 3,84 mol og 120 g C 2H 3Cl er ca. 1,92 mol, dvs. 50 % utbytte. A B C D

18 b) GHB: + NaOH(aq) HO-CH 2-CH 2-CH 2-COO - Na + HO-CH 2-CH 2-CH 2-COOH A B C 1) Skriv det systematiske navnet på C 4 - hydroksybutansyre. 2) Forklar hvorfor både B og C er lett løselig i vann B er et salt av hydroksybutansyre og inneholder som denne, en relativt kort hydrokarbonkjede (4 C-atomer) og to polare grupper ( hydroksylgruppen, HO R, og henholdsvis R-COO - og R COOH), som gjør dem vannløselige. d) Med utgangspunkt i de funksjonelle gruppene skal du nå begrunne om en eller flere av disse påstandene om C er riktige: 1) C er både en syre og en base - er både en alkohol og en syre, dvs. denne påstanden er gal siden OH gruppen i alkoholer ikke er basisk. 2) C kan oksideres med kromsyrereagens denne påstanden er rett fordi hydroksylgruppa i alkoholdelen av molekylet kan oksideres av kromsyre til en aldehydgruppe (OHC R). 3) C alene vil reagere og danne ester hvis stoffet tilsettes konsentrert svovelsyre og varmes påstanden er korrekt fordi molekylet inneholder er både en alkohol og en karboksylsyre, dvs. har de to funksjonelle gruppene som trengs for å lage en ester. d) Du har fem forbindelser: X1, X2, X3, X4 og X5. Disse reagerer som vist i tabell 1. Det er bare markert i tabellen der det skjer en reaksjon. Forutsetter at det bare er en sekundær alkohol og alken her, ikke en primær alkohol eller et alkyn. Forbindelse X1 X5 Reagens X 1 X 2 X 3 X 4 X 5 Fehlings væske Reaksjon Kromsyrereagens (oksidasjonsmiddel) Reaksjon 2,4-difenylhydrazin Reaksjon Reaksjon Bromløsning FeCl3(aq) Reaksjon Reaksjon Reaksjon Tabell 1 Under følger fem forslag til hvilke stoffgruppe disse forbindelsene tilhører: I. X1 er et aldehyd korrekt siden aldehyder reagerer i alle disse testene. II. X2 er en primær alkohol er ikke riktig fordi primære alkoholer ikke reagerer med 2,4 - DNFH. III. X3 er en sekundær alkohol er korrekt siden en sekundær alkohol oksideres av kromsyrereagens til et keton. (En primær alkohol vil også oksideres av kromsyrereagens.) IV. X4 er et alken er korrekt, brom adderes over (løser opp) dobbeltbindingen i alkener og alkyner. V. X5 er et keton er ikke riktig siden ketoner bare reagerer med 2,4 - DNFH. FeCl 3 reagerer bare med fenoler. Hvilke av de fem påstandene er riktige? påstand I, III og IV er riktige.

19 Oppgave 2 Redoksreaksjoner (20 %) b) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! i) iii) iv) Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål Oksidasjonstall Oksidasjonstallet til jod i KIO 3 er: +I +V -II K I O 3 Dette metallet vil ikke redusere kobberioner: A) sølv sølv står over Cu i spenningsrekka, de andre B) natrium metallene står under Cu og vil redusere Cu 2+. C) sink D) jern Reaksjonen i et blybatteri når det leverer strøm er: Pb (s) + PbO 2 (s) + H 2SO 4 2 PbSO H 2O Hvilket stoff blir oksidert når batteriet leverer strøm? Pb PbSO 4, dvs. øker oksidasjonstallet fra 0 til +II Figuren viser en galvanisk celle. Hvilke metall-kombinasjoner vil gi den høyeste cellespenningen? Se vedlegg 1 for reduksjonspotensialer. Svaralternativer A) +VII B) +V C) +III D) +I A) B) C) D) A) H 2SO 4 B) PbO 2 C) Pb D) H 2O A) tinn og sink B) kobber og magnesium C) kobber og sølv D) kobber og sink Svar enten på oppgave b) eller c) c) Vin og vineddik i) For å hindre at mikroorganismer ødelegger vin, tilsettes SO2, som virker hemmende på dem. Innholdet av SO2 i en vin bestemmes ved at 100 ml vin pipetteres over i en erlenmeyerkolbe, tilsettes svovelsyre og titreres så med 0,0100 M (mol/l) jodløsning til ekvivalenspunktet. Titreringsreaksjonen kan skrives +iv 0 +vii -i SO2 + I2 + 2H2O 4H + + SO I - Delreaksjonenes reduksjoner i surt miljø er: I2 + 2 e - 2 I - SO H e - SO2 + 2 H2O 1. Bruk delreaksjonene til å vise at reaksjonen er balansert.

20 Vi setter oksidasjonstall på svovel og jod i reaksjonslikningen, og ser at iod blir redusert og svovel oksidert, og at vi må snu delreaksjonen for reduksjonen av sulfationet: Delreaksjon ΔOT Reduksjon I2 + 2 e - 2 I = - 2 Oksidasjon SO2 + 2 H2O SO H e - -2 Totallikning SO2 + I2 SO H I - Vi ser at totalligningen stemmer overens med den oppgitte reaksjonsligningen, som altså må være balansert. 2. Forbruket av jodløsning var 7,80 ml. Vis at konsentrasjonen av SO2 i vinen da må være 50 mg/l. Reaksjonsligningen viser oss at svoveldioksid (SO2) og jod (I2) reagerer i forholdet 1:1. Det betyr at nso2 = ni2, som igjen gir: V CSO2 VSO2 = ci2 VI2 og cso2 = ci2 V I 2 SO 2 = 0,0100 mol/l 7,8 ml/100 ml = 7, mol/l Gjør om til g/l : c = cso2 M(m) (SO2) = 7, mol/l 64,07 g/mol 0,050 g/l = 50 mg/l II) En løsning av H2O2 inneholder 30 % (masseprosent) H2O2 og har tettheten 1,00 g/ml. Beregn hvor stort volum av denne løsningen vi må tilsette 1,00 liter av vinen for akkurat å oksidere all SO2 i vinen til SO3. Reaksjonen er SO2 + H2O2 SO3 + H2O. Vi vet fra 2. at konsentrasjonen av SO2 i vinen er cso2 = 7, mol/l. H2O2 løsningen er 30 % masse eller 30 g/100g = 30 g/100 ml eller 300 g/l. Omgjort i mol per liter blir det: ch2o2 = m/mm L = 300 g/34 (g/mol) L = 8,82 mol/l. I 1,0 L vin er det 7, mol SO2. Siden stoffene reagerer i forholdet 1:1, vil det også forbrukes like mye H2O2 i reaksjonen mellom det er SO2 i vinen, dvs. nh2o2 = 7, mol, noe som gir n = c/v V = n/c = 7, mol/8,82 moll -1 = 8, L 0,09 ml. (Siden det er 20 dråper i en ml, trengs det mindre enn 2 dråper, kanskje man burde brukt 3 % H2O2 i stedet.) d) Nitrogenets kretsløp er vist i figuren under:

21 i. Det kan sies at nitrogenkretsløpet overveiende er et redokskretsløp. Bruk figuren over til å gi en forklaring på dette. Bruk eksempler fra figuren for å vise reduksjoner og oksidasjoner. Vis med reaksjonsligninger hvis du ønsker det, det er ikke påkrevet. Vi ser av figuren at nitrogenkretsløpet er et typisk «kjemisk» kretsløp der nitrogen går fra å være fritt grunnstoff til å bindes i forbindelser/ioner med oksygen som NO x, NO 2 - og NO 3 - der nitrogen blir oksidert (øker OT) siden oksygen i forbindelser har oksidasjonstall II. Vi ser også at nitrogen kan reduseres ved å reagere med hydrogen til NH 3/NH 4 + siden H i forbindelser vanligvis har OT = + I. Det er mange prosesser som viser at nitrogenkretsløpet er et redokskretsløp. 3 viktige er: 1. Nitrogenfiksering Biologisk 0 -III Industriell 0 -III Lyn og forbrenning 0 +IV N 2 NH 4 + N 2 NH 3 N 2 NO 2 2. Nitrifikasjon (aerobt) -III +III +V NH 3/NH 4 + NO 2 - NO 3-3. Denitrifikasjon (anaerobt) +V 0 0 +IV 4 NO CH 2O + 4 H + 2 N CO 2 + 7H 2O samt A) under ii. Under er skrevet tre generelle reaksjoner for forbrenning av karbohydrater hos bakterier: 0 +V +IV -III Energiutbytte A) 2CH2O + NO H + 2 CO2 + NH4 + + H2O 329 kj/mol 0 +VI +IV -II B) 2CH2O + SO H + 2 CO2 + H2S + H2O 102 kj/mol 0 0 +IV -IV C) CH2O + CH2O CO2 + CH4 94 kj/mol Vis hva som blir oksidert og redusert i de tre tilfellene, og prøv å gi en kort forklaring på hvorfor energiutbyttet blir stadig mindre i de tre tilfellene, og at alle utbyttene er mindre enn i celleåndingen, som er 502 kj/mol CH2O. Det ser ut til at reduksjoner av N, S og C ikke er så «eksoterme» reaksjoner som reduksjon av oksygen, men det er store forskjeller mellom nitrogen og svovel og karbon også. Dispropriering gir lite energiutbytte, det er ikke stor forskjell på den energien som kreves til å redusere karbon og den energien son «frigis» ved oksidasjonen. Elektronegativitet og polaritet i bindingene ser ut til å ha betydning siden rekkefølgen fra mest til minst elektronegative er O, N, S og C. Det samme kan sies om reduksjonspotensialene, som jo også henger sammen til en stor grad med de to foregående egenskapene. Under hvilke betingelser mener du reaksjonene A, B og C foregår i naturen, og hvilken «oppgave» oksygen i nitrat, sulfat og karbohydrat (C) i disse tilfellene? Disse reaksjonene foregår i anaerobt miljø, det er bare bakterier har disse reaksjonene, og oksygenet i nitrat, sulfat og karbohydrat brukes til å danne CO2.

22 Oppgave 3 Syrer og baser (20 %) a) Flervalgsoppgaver må ikke begrunnes! i) iii) iv) Utsagn Kun ett utsagn er rett for hvert delspørsmål Hvilke(t) av disse saltene vil gi gul løsning med indikatoren BTB (bromtymolblått) når de løses i vann? I NaCl II CH 3COONa - III NaHSO 4 - HSO 4 er en middels sterk syre IV NH 4Cl + - NH 4 - er en svak syre Hva blir ph i en løsning av 0,2 mol/l eddiksyre? K a = 1, ph = - log [H 3O + ] = - log K a 0, 2 = 2,72 ph i en løsning av 0,15 mol/l NaOH er 13,2. Hva blir da omtrentlig poh og ph i en 0,30 mol/l NaOH løsning? NaOH er en sterk base, der [OH - ] 0,3 M, og poh = -log 0,3 = 0,5. ph = 14 poh = 13,5 Hvilken av disse løsningene har høyest ph? Ka (CH3COOH) = Ka (NH4 + ) = 5, Den svakeste syren har den sterkeste korresponderende basen, og dermed har NH3 den høyeste ph verdien. (Ka Kb = 1, ) Svaralternativer A) III B) I og IV C) II og III D) III og IV A) 0,7 B) 2,3 C) 2,7 D) 4,6 A) 13,5 og 0,5 B) 0,5 og 13,5 C) 1 og 13,5 D) 13,5 og 1 A) 0,10 mol/l CH3COOH B) 0,10 mol/l NH4Cl C) 0,10 mol/l CH3COOK D) 0,10 mol/l NH3 c) En lærer skulle bruke 5 % eddik til et forsøk i naturfag, men fant ikke noe eddik på skolen. Hun måtte lage løsningen samme dag. I skapet på naturfagsalen fant hun en flaske som det sto «Omtrent 1 mol/l eddiksyre» på. Hun bestemte seg for å bestemme konsentrasjonen til løsningen ved titrering. Til å gjøre det fant hun en flaske med 0,10 mol/l natriumhydroksid (NaOH). 1. Hun bestemte seg for å lage en fortynnet løsning av eddiksyren, og tok ut 10 ml av flasken med rundt 1 mol/l som hun fortynnet til 100 ml. 2. Hun satte opp reaksjonsligning for reaksjonen mellom eddiksyren og natriumhydroksidet: CH 3COOH + NaOH CH 3COONa + H 2O 3. Deretter titrerte tre paralleller, til hver av dem tok hun ut 25 ml av den fortynnede syren, og titrerte løsningen med 0,10 mol/l NaOH. Hun fant at gjennomsnittsforbruket for 3 paralleller var 20,0 ml NaOH. Vis at konsentrasjonen av den fortynnede eddiksyreløsningen var 0,080 mol/l. I følge reaksjonsligningen, reagerer stoffene i forholdet 1:1, og vi kan sette n NaOH = n CH3COOH og dermed blir: c NaOH V NaOH = c CH3COOH V CH3COOH og c CH3COOH = c NaOH V NaOH/ V CH3COOH = 0,10 mol/l 20,0 ml/25,0 ml = 0,080 mol/l

23 4. Hun kunne da beregne konsentrasjonen til den ikke fortynnede løsningen («Omtrent 1 mol/l eddiksyre), og regne ut hvor mange g/l den ikke fortynnede løsningen var. Siden hun hadde tatt ut 1o ml ufortynnet syre og fortynnet til 100 ml, hadde hun fortynnet syren 10 ganger. Konsentrasjonen til den ufortynnede syren var dermed 0,80 mol/l. 5. Etter at hun hadde gjort det, bestemte hun seg for at selv om den ufortynnede eddiksyren var litt under 5 %, ville hun bruke løsningen. Forklar hvordan hun regnet seg frem til at løsningen på flaske med merkelappen «Omtrent 1 mol/l eddiksyre» var litt under 5 %, og diskuter om det var greit å bruke denne løsningen til et forsøk som sa hun skulle bruke 5 % eddik. Etter at hun hadde regnet ut at løsningen i den ufortynnede flasken var 0,80 mol/l, multipliserte hun konsentrasjonen med molar masse for eddiksyre for og fikk: C = c M m = 0,80 mol/l 60 g/mol = 48 g/l. Ved å dele på 10 får vi omgjort g/l til prosent. Løsningens konsentrasjon var 4,8 g/100ml eller 4,8 %, som er et lite avvik (0,2 %) fra konsentrasjonen som var oppgitt, og helt grei å bruke som 5 %. Molar masse for eddiksyre er 60 g/mol.

24 Biologi 40 % Oppgave 4 Celler (10 %) a) Her finnes ingen fasit. Det legges vekt på at du klarer å se sammenhenger og konsekvenser, ikke bare på cellenivå, men også på organismenivå. Velges for eksempel organellen kloroplast forventes det at kandidaten kan si noe om at fotosyntesen stopper/uteblir (uten at det greies ut om fotosyntesen), og hvilke konsekvenser dette har for planten (f.eks. produksjon av karbohydrater stopper, tilførsel av byggesteiner i cellen uteblir, transporten av karbohydrater i silrørene avtar, tilførsel av karbohydrater til lagringsorganer og frukt stopper opp, cellene kan ikke i like stor grad benytte seg av karbohydrater i celleånding og energiproduksjon) b) Disse organellene er det lett å se i et lysmikroskop: cellevegg, vakuole, kloroplaster c) For å få sett disse cellekomponentene i lysmikroskop kan du bruke følgende preparater: løk vanlig eller rød (cellevegg, vakuole), fagermose (kloroplast). Rødløk egner seg best for å få sett vakuolen og for å studere transport over membranen fordi de røde fargestoffene (antocyaner) er samlet i nettopp vakuolen. d) En vanlig forestilling blant elever er at celler bare finnes i visse deler av kroppen. Dette stemmer ikke fordi: Celler er kroppens byggesteiner. Kroppen stammer fra en eggcelle og en sædcelle som smeltet sammen, som igjen har delt seg igjen og igjen. Kroppen er altså en stor samling av celler, som har differensiert seg for å ha ulike funksjoner. Hvordan kan en motarbeide forestillingen? Her finnes ingen fasit, men forslag: Jobbe med hvordan livet starter, med eggcellen og sædcellen som smelter sammen, at alle mennesker vokser ut fra denne ene morcella, de kan se på vev i mikroskop og se på byggeklossene (se at vevet består av mange celler), de kan se det samme på bilder og animasjoner, en kan snakke om hvilke celler elevene kjenner til ta utgangspunkt i disse og snakke om hvordan de har kommet dit de er, hvilken rolle de har, og gi undringsspørsmål ut i fra dette. Hvordan kan en forklare celledifferensiering for elevene? Her er det ingen fasit. Det som skjer når celler differensieres er at ulike gener aktiveres, og dermed produseres ulike proteiner i cellene, og cellene får ulik oppbygning og funksjon. Forklaringen til elevene avhenger selvsagt av klassetrinn, men det er fint å bruke analogien med kokeboka og at genene er oppskrifter. Når du skal lage en middagsrett bruker du ikke alle oppskriftene i kokeboka, men bare de bestemte du trenger til din(e) retter. DNAet består av mange gener/oppskrifter og det er bare noen av disse som brukes til enhver tid. På denne måten kan kroppen lage mange forskjellige celler og vi får ulike vev og organer. Cellekjernen får beskjed om «hvor cellen befinner seg i kroppen» og hvilke proteiner den skal produsere ved hjelp av signaler (signaloverføring, her er det snakk om cellekommunikasjon).

25 Oppgave 5 Cellemembran og osmose (10 %) a) Permeabilitet for ulike biologiske molekyler. Lipidlaget er permeabelt for små ikke-polare molekyler som O2 og CO2, og (delvis permeabel) for svært små polare molekyler som vann. Den er impermeabel for store vannløselige molekyler og ioner. Membraner er helt eller delvis permeable for fettløselige forbindelser. Den ulike permeabiliteten forklares med membranens hydrofobe indre miljø (dannet av fettsyrene i fosfolipidene) hydrofile stoffer/molekyler kan passere denne barrieren i begrenset grad.

26 b) Ei plantecelle og ei dyrecelle plassert i 3 ulike løsninger; en hypoton, en isoton og en hyperton løsning. På figuren til venstre er osmolariteten (konsentrasjonen av oppløste stoffer) utenfor cellene lavere enn den er inne i cellene (hypoton løsning). Vann vil derfor diffundere inn i cellene. Dyreceller kan sprekke dersom det diffunderer inn for mye vann. I planteceller, sørger derimot celleveggen for at de ikke sprekker. På figuren i midten er osmolariteten lik (isoton løsning), og dermed skjer det ingen netto transport av vann. På figuren til høyre er osmolariteten høyere utenfor enn inne i cellene (hyperton løsning), og vann diffunderer ut av cellene. Både dyreceller og planteceller (plasmamembranen vil løsne fra celleveggen) vil da skrumpe.

27 Oppgave 6 Celleånding og fotosyntese (5 %) a) Hvor i celleåndingen blir det brukt oksygen? 1) Ved slutten av elektrontransportkjeden b) Hvilken påstand om celleånding er riktig? 1) ATP blir dannet i Krebssyklus. c) Hvilken av disse prosessene skjer ikke i oksidativ fosforylering, men bare i fotosyntesen? 2) Protoner fra spalting av vann blir transportert gjennom en membran. d) Hva skjer i både fotosystem 1 og fotosystem 2? 2) Elektroner i klorofyll blir eksistert e) Fotosyntesens syntesedel (Calvin-syklus) foregår i. 3) stroma/det indre rommet av kloroplasten f) Hva hører ikke hjemme i Calvin-syklusen? 3) Oksygengass blir frigjort Oppgave 7 Gener og arv (15 %) a) Vi kan se at cella gjennomgår meiose og ikke mitose fordi de homologe kromosomene er assosiert med hverandre/er samlet parvis i midtplanet. I tillegg kan vi se at noen av kromosomsegmentene har krysset over (overkrysning). Cella befinner seg i metafasen av meiosen. b) Punktmutasjoner: Endring i enkeltbaser. En base faller bort, blir byttet ut med en annen, kjeden blir avkortet eller får tilføyd ekstra basesekvenser. Slike feilreaksjoner kan oppstå både ved kopiering av DNA (replikasjon), avskriving til RNA (transkripsjon) og oversetting av RNA til aminosyrer (translasjon). Eksempler kan være translasjon av dysfunksjonelle polypeptider (som ved sigdcelleanemi), innsettelse av stoppkodon, og endring av leseramme. Storskalamutasjoner: endring i kromosomstruktur. Segmenter kan fjernes, dobles, snus eller utveksles mellom kromosomer (overkrysning). Hele kromosomer kan forsvinne, eller cella kan få ett ekstra kromosom eller kromosomsett. Dette er feilreaksjoner som gjerne oppstår under meiosen. Eksempler kan være ulike syndrom som triosomi 21 (Downs) og triosomi 18 (Edwards). Andre eksempler er avvikende antall kjønnskromosomer (Kleinfelders og Turners syndrom).

28 c) Krysning av to erteplanter som er heterozygote for egenskapene belgfasong (glatt eller rynkete) og belgfarge (grønn eller gul). Det er ikke viktig om kandidaten husker hvilke egenskaper som er dominante eller recessive, eller hvilke bokstaver som benyttes for de ulike allelene.

29 e) Alkaptonuria skyldes et recessivt allel (ellers ville alle barna til George og Arlene har stofskiftefeilen). Alle de påvirkede individene er homozygot recessive (Arlene; Tom og Carla). George må være Aa ettersom noen av barna hans har stofskiftefeilen. Sam, Ann, Daniel og Alan har alle Aa siden de er friske barn av en påvirket forelder. Michael er også Aa, siden han har et barn med stofskiftefeilen (Carla) med sin heterozygote kone Ann. Sandra, Tina og Christopher kan være enten Aa eller AA.