FYSIKK. Oppgave 1 (10 %)

Transkript

1 SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN Naturfag 2, Na230-E SEMESTER/ ÅR/ EKSAMENSTYPE 6 timers skriftlig eksamen Fysikk er 50 %, Kjemi 50 % FYSIKK OPPGAVETEKSTEN: Oppgave (0 %) En stjerne har en overflatetemperatur på 0000 K. Wiens forskyvningslov sier at produktet mellom bølgelengden der den utstrålte effekten har sitt maksimum, og den absolutte temperatur til et himmellegeme er konstant. Regn ut bølgelengden ved maksimal effekten fra denne stjernen. Oppgave 2 (0 %) Mellom elektrisk ladet partikler virke det enten tiltrekkende eller frastøttende krefter, alt etter om ladningene er positive eller negative. Avstanden mellom to små kuler er 2,0 cm (punktladninger). Kulene har ladning - 8, C og - 2, C. Finn kraften mellom kulene. Er kraften frastøttende eller tiltrekkende? Oppgave 3 (5 %) I atomfysikk studerer vi energitilstander til hydrogenatomet. Gå ut fra at elektronet i hydrogenatomet er i tilstand n = 2. Elektronet faller ned til tilstand n =. a) Regn ut energien, frekvensen og bølgelengde til fotonet som blir sendt ut. b) Er fotonet innenfor området for synlig lys? Oppgave 4 (5 %) Når vi bygger en forsterkter bruker vi dioder, transistorer, kondensatorer og motstander. Vi skal kople fire motstander på R = 20 Ω, R2 = 40 Ω, R3 = 80 Ω og R4 = 80 Ω i serie. Strømkretsen med motstander er koplet til et batteri på 9,0 V. a) Regn ut erstatningsresistansen til strømkretsen. b) Regn ut strømmen som går gjennom strømkretsen. c) Regn ut spenningen over hver av motstandene når de er koplet i serie. d) Vi setter sammen en ny strømkrets med alle fire motstander i parallell. Regn ut erstatningsresistansen til strømkretsen når motstander er koplet i parallell.

2 Gitt: λm. T = a a = 2, mk qq2 F = k 2 r Ν k = 8, Nm 2 /C 2 En = - B / n 2 J B B E = h f = 2 2 ( n > m) eller E= E2 E m n c = f λ Β = 2, J h = 6, Js c = 3, m/s Synlig lys: 400 nm til 750 nm U = R I R = R R2 R3... R t = R R 2 R 3 RELEVANT PENSUMLITTERATUR * Fysikk: Ekern, Trond, Isnes, Anders og Nilsen, Odd Terje (2000). Univers : Grunnbok 2 FY. Bokmål, 2. utg. Bekkestua, NKI-forlaget. (Kap. 7,0 og ) Finnes også som: Ekern, Trond, Isnes, Anders og Nilsen, Odd Terje (2000). Univers : Grunnbok 2 FY. Nynorsk, 2. utg. Bekkestua, NKI-forlaget. Eller: Ekern, Trond, Isnes, Anders og Nilsen, Odd Terje (998). Univers : Grunnbok 3 FY. Bokmål. Bekkestua, NKI-forlaget. (Kap. 4, 5, 7, 8, ,0 og) Finnes også som: Ekern, Trond, Isnes, Anders og Nilsen, Odd Terje (998). Univers : Grunnbok 3 FY. Nynorsk. Bekkestua, NKI-forlaget.

3 EKSAMENSKRAV: Innhold Fysikk: Generelt bør kandidaten svare kort. Oppgavene er regneoppgaver og tolkning til oppgaveløsning vil reflektere kandidatens kunnskapsnivå. Oppgave Ved bruk av Wiens lov settes inn verdi for temperatur λm. T = a og a = 2, mk λm = (2, mk)/(0000 K) λm = 2, m eller 290 nm Oppgave 2 Her bør Coulombs lov brukes direkte qq2 F = k Ν 2 r k = 8, Nm 2 /C 2 Med insetting av q = - 8, C og q 2 = - 2, C og avstanden 2, m F = ( 8, Nm 2 /C 2 x - 8, C x - 2, C)/( 2, m) 2 F = 25, = 2, N Det er frastøttende kraft mellom dem. Oppgave 3 Kandidaten bør ha følgende regninger: En = - B / n 2 For n = 2 E2 = 2, J / 2 2 = - 5, J For n = E = 2, J Fotonet går fra energinivå 2 til energinivå B B E = h f = 2 2 ( n > m) m n E = h.f = 2, J 5, J =, J E = h.f som gir f = E/ h = (, J)/( 6, Js) = 2, = Hz Bølgelengden regnes ut fra c = f λ : λ= c / f = 3, m/s / Hz =, m eller 2 nm som ikke er synlig lys.

4 Oppgave 4 (5 %) Her bør kandidaten regne ut alle fire spørsmål: Med R = 20 Ω, R2 = 40 Ω, R3 = 80 Ω og R4 = 80 Ω i serie. Og strømkretsen koplet til et batteri på 9,0V. a) Erstatningsresistansen er summen av R R 2 R 3 R 4 = 20 Ω 40 Ω 80 Ω 80 Ω = 220 Ω b) Strømmen som går gjennom kretsen regnes ut fra Ohms lov: I = U / R = 9,0 V / 220 Ω = 0,04 A c) Spenningen mellom motstander når de er koplet i serie må være slik at summen av delspenninger er lik 9,0 V U = 20 Ω. 0,04 A = 0,82 V U2 = 40 Ω. 0,04 A =,64 V U3 = 80 Ω. 0,04 A = 3,28 V U4 = 80 Ω. 0,04 A = 3,28 V d) Ny strømkrets med motstander i parallell. Erstatningsresistansen til kretsen når motstander er koplet i parallell regnes ut fra: = R t R R R R R t = 20 R t = 0 Ω Ω FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER Sted/ dato: Navn: George Sundt (fysikk)

5 Kjemi Generelt bør kandidaten svare kort. Oppgavene er både regneoppgaver og tolkningsoppgaver, og tolkning til oppgaveløsning vil reflektere kandidatens kunnskapsnivå. Oppgave 5 Organisk kjemi (25 %) Under er strukturformler for noen organiske forbindelser tegnet: OH O I: CH 3 C CH 3 II: CH 3 C CH 3 H O O CH 3 III: CH 3 C H IV: CH 3 CH 2 C O CH CH 3 O O V: CH 3 CH 2 C OH VI: CH 3 CH 2 C H a) Hvilke stoffgrupper tilhører stoffene? Hvilke av dem er isomere, og i så fall hva slags isomeri er det snakk om? Hva er det systematiske navnet på forbindelse V? b) Sammenlign de fire figurene på neste side. Hvilken stoffgruppe tilhører de, og hva er det ved strukturen til de fire stoffene som gir dem litt ulike egenskaper? H H 2 N C COOH CH 3 CH CH 2 CH 3 CH 3 H 2 N C COOH OH CH3 H 2 N C COOH (CH 2 ) 3 NH C = NH 2 NH 2 CH 3 H 2 N C COOH CH 2 SH c) Forklar hvordan proteiner er bygd opp fra primærstrukturen i proteinet til det ferdige proteinet med to eller flere polypeptidkjeder. Legg spesielt vekt på bindinger og hva som er viktigst for proteinets tredimensjonale struktur tertiærstrukturen. Bruke gjerne figurer til å illustrere. Oppgave 6 Uorganisk kjemi (25 %) En student ville bestemme mengden av jern i stålull, som hun antok bestod av nesten bare jern. Hun veide først opp to biter stålull, hver på 0,500 g til to paralleller.

6 a) For å løse opp stålulla tilsatte hun svovelsyre i overskudd. Hvor stort volum 3.00M H 2 SO 4 måtte hun tilsette til hver av de to prøvene for at det skulle utgjøre ti ganger det volumet som var nødvendig for å overføre jernet (Fe) til Fe 2 - ioner? b) Studenten brukte deretter titrering med kaliumpermanganat til å bestemme jerninnholdet i stålulla. Når MnO ionet virker som oksidasjonsmiddel i sur løsning, reduseres permanganationene til toverdige manganioner etter likningen: MnO 4-8 H 5 e - Mn 2 4 H 2 O Studenten oksiderte Fe 2 - ionene i den sure løsningen til Fe 3 - ioner ved å titrere med M kaliumpermanganatløsning. Forbruket i de to parallellene var 32.3 cm 3 og 32.5 cm 3.. Finn antall gram jern, gjennomsnittlig, i de to stålullbitene. 2. Regn ut det % - vise jerninnholdet i stålulla. 3. Hvorfor brukte hun ingen indikator ved titreringen? 4. Hvorfor løste hun ikke stålulla i salpetersyre (HNO 3 ) eller saltsyre (HCl)? Molar masse for jern er g/mol. c) En annen student, i praksis, ville lære sine elever i 7. klasse litt om syrer og baser. Han bestemte seg blant annet for å lage løsninger av saltsyre (HCl) og eddiksyre (CH 3 COOH) med samme konsentrasjon og la elevene måle ph i løsningene. i) Studentene regnet seg frem til passende ph i løsningene, og bestemte seg for å lage løsninger på 0.40M. Han fant ut ph i løsningen av saltsyre ble 0,40 og ph i eddiksyreløsningen ble 2,55. Vis hvordan studenten kom frem til disse ph verdiene. ii) Forklar hvorfor studenten fikk ulik ph verdig i de to løsningene selv om de hadde samme konsentrasjon. iii) Studenten lurte på hvordan han skulle presentere konsentrasjonen av de to syrene og forskjellen mellom dem for elevene sine. Hva ville du gjort i dette tilfellet? Svar kort! RELEVANT PENSUMLITTERATUR * Kjemi: Jan Sire (998): Chemica, Fagbokforlaget eller James E. Brady (2004): Generell kjemi 2.. utgave Tapir Akademisk forlag V. Ringnes og M. Hannisdal (2000): Kjemi fagdidaktikk Kjemi i skolen, Høyskoleforlaget Campbell and Reece (2008): Biology, 8 th edition Pearson International eller Campbell, Reece and Simon (2007): Essential biology with phys. 2 th ed. Kompendium: Kari Feren (2009): Naturfag 2 Na230 Laboratorieøvelser i kjemi.

7 Vedlegg 2 Standard reduksjonspotensialer ved 25 C

8 Eksamenskrav Innhold I kjemi bør studentene ha med flest mulig av følgende momenter og utregninger: Oppgave 5 Organisk kjemi og biokjemi (25 %) a) Stoffene tilhører: Stoffgruppe Forbindelse nummer Alkoholer I Aldehyder III og VI Estere IV Karboksylsyrer V Ketoner II Forbindelse II og VI er funksjonsisomere, de har samme molekylformel, C 3 H 6 O, men ulik funksjonell gruppe. Det systematiske navnet på forbindelse V er propansyre. b) De fire stoffene er alle α aminosyrer (2 hydroksykarboksylsyrer). Alle stoffene har amino og karboksylgrupper. Det som skiller dem er sidekjedene. Den første aminosyren har en uladd og upolar sidekjede, den neste har en uladd og polar sidekjede med en hydroksylgruppe ( OH), den tredje har en ladd sidekjede og den siste aminosyren har en polar sidekjede med en sulfhydylgruppe ( SH). Sidekjedene kan inngå bindinger seg imellom under dannelsen av et ferdig protein se c). c) Proteiner er bygd opp av aminosyrer som hekter seg sammen med peptidbindinger, dvs. karboksylsyregruppen på den ene aminosyren binder seg til aminogruppen på den neste aminosyren under avspalting av vann (kondensasjonsreaksjon). Når alle aminosyrer er på plass, genetisk bestemt, er produktet en polypeptidkjede. En polypeptidkjede er ikke et ferdig protein. For at et protein skal bli funksjonelt, må det få sin bestemte form. Denne formen er bestemt av aminosyrerekkefølgen i polypeptidet/polypetidene! Folding av polypeptidet skjer automatisk etter at det er ferdig dannet. Det snakkes gjerne om fire nivåer i proteinstrukturen:. Primærstruktur - bestemmes av aminosyrerekkefølgen og antallet aminosyrer i polypeptidet. 2. Sekundærstruktur det dannes en spiralformet, høyredreid α-heliks, eller et foldet mønster, platestruktur (β- pleated sheet), som følge av at det dannes hydrogenbindinger mellom aminogruppen (- NH) og karbonylgruppen ( >C = O) på aminosyrer i en bestemt avstand fra hverandre. I det samme polypeptidet kan det være områder både med α heliks - og platestruktur. 3. Tertiærstruktur - foldinger av polypeptidet på grunnlag av at det skjer interaksjoner - dannes bindinger - mellom sidegruppene på aminosyrene. De viktigste bindingene er: A. Disulfidbroer - kovalente bindinger mellom to cysteinsidekjeder

9 B. Hydrogenbindinger mellom sidekjedene i polare aminosyrer ( AA) C. Hydrofobe interaksjoner mellom sidekjedene i upolare aminosyrer. Slike sidekjeder søker inn mot det indre av proteinmolekylene, vekk fra det vandige miljøet proteinene befinner seg i cellene. D. Ionebindinger (elektrostatiske krefter) mellom positivt og negativt ladde sidekjeder i aminosyrene. 4. Kvartærstruktur - finnes bare når flere foldede polypeptider slår seg sammen for å danne et funksjonelt protein, eks. insulin (to kjeder) og hemoglobin (4 kjeder, to α - og to β - kjeder). Kvartærstrukturen holdes sammen med samme typer bindinger som tertiærstrukturen. Oppgave 6 Uorganisk kjemi (25%) a) Reaksjonslikningen blir: Fe H 2 SO 4 Fe 2 2- SO 4 H 2 0,500g Antall mol Fe blir: n Fe = = 8, mol g 55,85 mol Alt jern reagerer med svovelsyre, slik at n H2SO4 = 8, mol. Siden volumet av syra, og dermed antall mol syre skal være 0 ganger så stort som nødvendig, må vi bruke n syre = 0 8, mol = 8, mol, og antall ml blir da:

10 2 n 8,95 0 mol c syre = n syre / V V = = = 0,0298l = 29,8ml c 3,00M 30 ml b) Permanganationet er et godt oksidasjonsmiddel i surt miljø. De reduseres etter - likningen: MnO 4 8 H 5 e - Mn 2 4 H 2 O Når en sur løsning av kaliumpermanganat tilsettes Fe 2 - ioner, vil disse i følge spenningsrekka bli oksidert: Fe 2 Fe 3 e -. Fra redokslikningene ser vi at totalreaksjonen blir: MnO 4-5 Fe 2 8 H Mn 2 5 Fe 3 4 H 2 O.. Av totallikningen ser vi at n Fe2 / n MnO4- = 5/, dvs. n Fe2 = 5 n MnO4-. Vi har oppgitt konsentrasjonen av kaliumpermanganatløsning, volumet i de to parallellene, og kan finne antall mol kaliumpermanganat tilsatt, som gjennomsnittsverdi: n MnO4- = c (V V 2 )/2 = M ( ) 0-3 L / 2 =, mol Vi vet da at n Fe2 = 5,62-3 mol = mol, og kan finne gjennomsnittlig antall gram jern i prøvene: m Fe2 = m Fe = n Fe M m = mol g/mol = g. 2. Det % vise innholdet av jern blir da: m Fe / m stålull 00 % = / % = 90.5 %. 3. Titreringen trenger ingen indikator fordi kaliumpermanganatløsningen er rødfarget mens mangan(ii)ionene er fargeløse. Straks permanganationene ikke reduseres lenger, dvs. når alle Fe 2 - ionene er overført til Fe 3 - ioner, vil løsningen bli farget svakt rosa og ekvivalenspunktet er nådd. 4. Hun kunne ikke løse stålulla i salpetersyre fordi nitrationene (NO 3 - ) oksiderer jern ikke bare til Fe 2 - ioner, men helt til Fe 3 - ioner, mens de selv blir redusert til NO. Dermed ville permanganatforbruket bli for lite, og også beregnet jerninnhold for lite. Hun kunne heller ikke bruke saltsyre fordi kloridionene (Cl - ) også oksideres av permanganat ioner, og derved ville gitt for høyt forbruk av kaliumpermanganat og for høyt Fe-innhold i prøven. (2MnO 4 - c) Syrer, baser og ph 0Cl - 6H 2Mn 2 5Cl 2 8 H 2 O) i) Forskjellen i ph verdig i de to løsningens skyldes at saltsyre er en sterk syre, mens eddiksyre er en svak syre. Forskjellen på en sterk og en svak syre er protolysegraden. Mens en sterk syre har en protolysegrad på 00 % (dvs. nesten alle molekylene reagerer med vann og reaksjonen kan sees på som ikke reversibel), har en svak syre en protolyse grad som er < 5 %. Reaksjonen med vann er en typisk likevektsreaksjon som er forskjøvet mot venstre, hvor sterkt mot venstre avhenger av

11 syrekonstanten for angjeldende syre. Den generelle reaksjonen er: HA H 2 O H 3 O A - ii) ph i løsninger av 0,40 M saltsyre (HCl) og eddiksyre (CH 3 COOH): SALTSYRE ph i 0,40 M HCl Saltsyre er en sterk syre og kan regnes som fullstendig protolysert etter reaksjonen med vann. Dette gir: [H 3 O ] [HCl] = 0.40 M og ph = log 0.40 = EDDIKSYRE ph i 0.40 M CH 3 COOH Eddiksyre er en svak syre som bare delvis protolyserer i liten grad, K a = Den inngår i en typisk likevektsreaksjon med vannmolekyler: CH 3 COOH H 2 O H 3 O CH 3 COO - (Sjekker om vi kan regne [CH 3 COOH] som tilnærmet uendret etter protolysen ved å se på størrelsen av = = Tallet er >> 5 K a enn 5000, og syrekonsentrasjonen kan regnes som konstant.) [ ] [ ] CH COO H3O Dette gir: K a = x = x = = [ CH COOH ] og x = som igjen gir Dette gir [H 3 O ] = x = og ph = log = iii) Her er det to momenter som er viktige konsentrasjon (styrke) og sterke og svake syrer. Det er ikke enkelt for elever å forstå forskjellen mellom styrke og sterke/svake syrer. For at elevene skal forstå dette er det en forutsetning at de har lært om reaksjonen mellom syrer og vann (se i)). Jeg ville startet med at i syrer med like sterk konsentrasjon er det like mange syremolekyler (løst). Så ville jeg forklart forskjellen mellom sterke og svake syrer med forskjellen mellom antall syre molekyler som reagerer med vannmolekylene i de to syrene, og at ph er et mål på hvor mange molekyler som har reagert med vann. Til konkretisering kan det brukes et enkelt rollespill, der elevene deles inn i to grupper, like mange på hver gruppe, og der en legger inn en forskjell på hvor mange som reagerer med vannmolekyler andre elever eller en annen konkret som kan representere vannmolekyler. FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER Sted/ dato: Navn: Kari Feren (kjemi)