HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for lærer- og tolkeutdanning

Transkript

1 HØGSKOLEN I SØR-TRØNDELAG Avdeling for lærer- og tolkeutdanning Emnekode(r): LGU53004 UTS Emnenavn: Naturfag emne 1 Studiepoeng: 15 Eksamensdato: 18. mai 2015 Varighet/Timer: Målform: Kontaktperson/faglærer: (navn og telefonnr på eksamensdagen) Oppgavesettet består av: (antall oppgaver og antall sider inkl. forside) 6 timer Bokmål Ragnhild Lyngved Staberg / mobil Kari Feren, / mobil oppgaver og er på totalt 13 sider 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 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! 1

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 ikke 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) + HCl(aq) CH 3(CH) 2COONa(aq) + CH 3OH(aq) + Cl - A. oksidasjon B. hydrolyse C. eliminasjon D. kondensasjon iii) Figuren under viser strukturformelen til fire ulike organiske forbindelser: A, B, C og D. Hvilken av forbindelsene viser en byggestein i DNA og RNA: Svaralternativer A. iii og iv B. i C. i og ii 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 % A B C D 2

3 Forbindelse A er et godkjent, syntetisk aromastoff som kan brukes til å forbedre smaksegenskapene i tyggegummi. I kroppen gjennomgår A nedbrytning til E og F. Forbindelsene B, C og D er mellomprodukter i denne nedbrytningen, og nedbrytningen er beskrevet med prosessene 1 4 nedenfor C 6H 5-CH 2-CH 2-COOH C 6H 5-CH=CH-COOH C 6H 5-CH(OH)-CH 2-COOH A B C 4 C 6H 5-CO-CH 2-COOH C 6H 5-COOH + CH 3COOH D E F b) Hvilke funksjonelle grupper finnes i forbindelsene C og D? c) 1) Hvordan kan dobbeltbindingen i B påvises? 2) Kommenter hvorfor formelen i B, slik den er skrevet ovenfor, ikke beskriver forbindelsen entydig. d) Forklar hvilke reaksjonstyper reaksjonene 1, 2 og 3 er eksempler på. 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 Under følger fem forslag til hvilke stoffgruppe disse forbindelsene tilhører: I. X1 er et keton II. X2 er en primær alkohol III. X3 kan være en sekundær alkohol IV. X4 er et alken V. X5 er et aldehyd Hvilke av de fem påstandene er riktige? 3

4 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 mangan i KMnO 4 er: Hvilke av halogenene vil redusere sølvioner: A) Iod B) Ingen av dem C) Klor og fluor D) Iod og brom Reaksjonen i et blybatteri når det leverer strøm er: Pb (s) + PbO 2 (s) + H 2SO 4 2 PbSO H 2O Hvilket stoff blir redusert når batteriet leverer strøm? Figuren viser en galvanisk celle. Hvilke metall-kombinasjoner vil gi den laveste 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 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. 4

5 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) Svovelets kretsløp er vist i figuren under: i) Det kan sies at svovelkretsløpet 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. 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 5

6 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 blå 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 ammoniakk? K a = 1, ph i en løsning av 0,30 mol/l NaOH er 13,5. Hva blir da omtrentlig poh og ph i en 0,20 mol/l NaOH løsning? Svaralternativer A) I og IV B) III C) II og III D) II A) 0,7 B) 13,3 C) 12,3 D) 2,7 A) 13,3 og 0,7 B) 0,7 og 13,3 C) 1 og 13,3 D) 13,3 og 1 iv) Hvilken av disse løsningene har lavest ph? K a (CH 3COOH) = 1, K a (NH 4+ ) = 5, A) 0,10 mol/l CH 3COOH B) 0,10 mol/l NH 4Cl C) 0,10 mol/l CH 3COOK D) 0,10 mol/l NH 3 v) Hvilke(n) av disse stoffene er syrer? I NH 3 II NH 4 + III HNO 2 A) I B) I og II C) II og III D) I, II og III vi) vii) Når 1,0 mol/l løsninger av NH 3, NaOH, HCl og CH 3COOH ordnes etter avtagende ph blir rekkefølgen Hvilken av disse syrene har den sterkeste korresponderende basen? A) NaOH, NH 3, CH 3COOH, HCl B) HCl, CH 3COOH, NH 3, NaOH C) HCl, CH 3COOH, NaOH, NH 3 D) CH 3COOH, HCl, NaOH, NH 3 A) Eddiksyre, K a = 1, B) Maursyre, K a = 1, C) HF, K a = 6,

7 HF = hydrogenfluorid D) Propansyre, K a = 5, vii) Fosfater er viktige buffere i kroppen. Se på likevektsreaksjonene under, og finn den konjugerte basen til H 2PO 4 _ H 2PO H 2O HPO H 3O + H 2PO H 2O H 3 PO 4 + OH - ix) Syrebaseindikatoren metylrødt har K Hin = Syreformen av indikatoren er rød, baseformen er gul. Hvis metylrødt tilsettes en løsning med ph = 7, blir løsningens farve x) Benzosyre, C 6H 5COOH, protolyserer etter reaksjonsligningen: C 6H 5COOH + H 2O H + + C 6H 5COO - Hvis en 0,045 mol/l benzosyreløsning har [H + ]= 1, mol/l, hva blir da K a for benzosyre? A) HPO 4 - B) H 2O C) OH - D) H 3PO 4 A) Rosa B) Rød C) Oransje D) Gul A) 7, B) 6, C) 3, D) 8,

8 Biologi 40 % - start denne delen på et nytt ark Oppgave 4 Celler (20 %) a) Kroppen vår inneholder ca. 1-2 kg bakterier. Det er 100 ganger flere bakterier enn menneskeceller i kroppen vår, og det finnes opptil 500 forskjellige arter med bakterier i kroppens naturlige økosystem. Lag en skjematisk oversikt over likheter og forskjeller mellom bakterieceller og menneskeceller. b) Elever har ofte misoppfatninger eller hverdagsforestillinger knyttet til bakterier. To vanlige hverdagsforestillinger knyttet til bakterier er: - Bakterier og andre mikroorganismer er skadelige - Mikroorganismer er det samme som bitte små udyr Gjør rede for hvordan du som lærer på ungdomstrinnet vil arbeide for å motarbeide en av disse hverdagsforestillingene. c) Etter 7.trinn skal elevene ifølge LK06 kunne forklare hvordan kroppen selv beskytter seg mot sykdom, og hvordan man forebygger og behandler infeksjonssykdommer. i. Hvorfor kan vi bruke antibiotika mot bakterieinfeksjoner og ikke mot virusinfeksjoner? ii. Hvordan vil du tilpasse denne forklaringen til elever på mellomtrinnet? d) Takket være moderne DNA-teknologi kan man nå sjekke hele bakteriemangfoldet i kroppen samtidig. i. Lag en stikkordliste over likheter og forskjeller mellom bakterienes og menneskecellenes DNA. ii. Nevn noen moderne DNA-teknologier som kan benyttes for å studere bakteriegenomer. e) Proteinet insulin produseres kommersielt ved hjelp av bakterier. i. Hvilken komponent fra bakteriene er spesielt benyttet i genmodifisering, for eksempel under insulinproduksjon? ii. Bakteriene dyrkes i store tanker kalt fermentorer. Hvorfor er det spesielt gunstig å benytte bakterieceller i produksjonen i stedet for eukaryote celler? f) Gjør rede for hvordan proteiner, for eksempel insulin, produseres i menneskecellene; fra cellen mottar signal om at produksjonen skal starte og til endelig produkt når bestemmelsesstedet. Oppgave 5 Celleånding og fotosyntese (10 %) a) Nedenfor er en tegning laget av en elev på barneskolen. Tegningen viser hva eleven mener at plantene trenger for å vokse. Med utgangspunkt i tegningen og det du vet om barns hverdagsforestillinger om fotosyntese; Forklar hva plantene trenger for å vokse og si noe om hvordan du vil hjelpe elevene til å forstå dette. 8

9 b) Gjør rede for forskjellen på pusting og celleånding. Celleåndingen består av flere trinn. Forklar kort hvor og hvordan energien fra næringsstoffer omdannes i denne prosessen og hva energien brukes til. Oppgave 6 Gener og arv (10 %) a) Thomas Hunt Morgan og hans studenter ved Columbia University viste på starten av 1900-tallet hvordan arvelighet foregår rent fysisk. De arbeidet med bananfluer i motsetning til Mendels erteplanter. Når de krysset en hvit-øyet hannflue med en rødøyet hunnflue, ga det kun fluer med røde øyne. I neste generasjon dukket det igjen opp hvit-øyde fluer, men det var kun hanner som fikk hvite øyne. Tegn krysningsskjemaer og forklar arvegangen som her beskrives. Benytt relevante begreper fra arvelæren i din beskrivelse. b) Genetikk og arvelære innebærer innlæring av mange nye begreper. Lag et forslag til en praktisk aktivitet i genetikk/arvelære som du kan bruke for å bygge opp elevenes forståelse og begrepsapparat. Begrunn valget ditt. 9

10 Vedlegg 1 10

11 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 11

12 Vedlegg 3 Standard reduksjonspotensial er ved 25 ⁰C 12

13 Vedlegg 4 Syre og basekonstanter, (Ka og Kb) ved 25 C 13