SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN* OPPGAVETEKSTEN*

Transkript

1 SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN* SEMESTER/ ÅR/ EKSAMENSTYPE* Naturfag 1, Na130 Fysikk(50 %) Høst timers skriftligeksamen FYSIKK OPPGAVETEKSTEN* Oppgave 4 (Lys og lyd 30 %) I ett av kompetansemålene i naturfag etter 7.trinn i Kunnskapsløftet står det under Fenomener og stoffer at "mål for opplæringen er at eleven skal kunne gjennomføre forsøk med lyd, hørsel og støy, beskrive og forklare resultatene og hvordan vi kan skjerme oss mot uønsket lyd" a) Skriv kort om et forsøk innen tema lyd som kan brukes for å nå dette kompetansemålet. Ustyr, mål og metode må være i beskrivelsen. I lydlære ser vi på egenskaper ved lydbølger. Vi kan skrive bølgefarten som v = λ. f. b) En lydbølge har en frekvens på 34 khz og lydfarten i lufta er 340 m/s. Hvor stor bølgelengde har lydbølgen? Hører vi denne frekvensen? c) I en fabrikk står den nærmeste arbeideren 0,5 m fra en støyende maskin. I denne avstanden blir lydintensiteten målt til 75 W/m 2. Hvor høyt er lydintensitetsnivået som opplever arbeideren? I lyslære studerer vi lysbrytningen når lyset går gjennom forskjellige stoffer. d) En lysstråle går fra luft til vann. Brytningsvinkelen er 30 o. Hvor stor er innfallsvinkelen når brytningsindeksen for vann er n =1,33? I optikk studerer vi egenskaper til linser. I Lærerplanverket, LK06, under kompetansemål etter 10.trinn, fenomener og stoffer, finner vi blant annet at Mål for opplæring er at eleven skal kunne gjennomføre forsøk med lys, syn og farger, beskrive og forklare resultatene.) e) Forklar hva en konkav- og en konvekslinse er. Lag en tegning som viser til hvordan lysstråler går gjennom en konvekslinse og en konkavlinse. Hvilke type linse kan hjelpe en person som er nærsynt? Oppgave 5 (Gasslover 5 %) En tankbil frakter metangass i en beholder med volumet 50 m 3. Trykket i beholderen er på 5, Pa. ved en temperatur på 20 o C. Gasstransporten er mindre farlig når vi avkjøler gassen. Hvor stor blir trykket når vi avkjøler beholderen til 20 o C uten at volumet endrer seg?

2 Oppgave 6 (Energilover - Termofysikk 15 %) En gass med trykket 2, Pa blir tilført varme og utvider seg mot et friksjonsfritt stempel ved konstant trykk. a) Hvor stort arbeid gjør gassen mot omgivelsene når volumet øker med 0,50 m 3? b) Hvor stor er endring i gassens indreenergi når den tilførte varmen er 3, J? c) Hva sier energibevaringslov? Denne loven er også kjent som termodynamikkens første hovedsetning. RELEVANT PENSUMLITTERATUR * Ekern, Trond, Isnes, Anders og Nilsen, Odd Terje (2000). Univers : Grunnbok 2 FY. Bokmål, 2. utg. Bekkestua, NKI-forlaget. Tabeller og formler i fysikk : 2FY og 3FY (1998). Bokmål. Oslo, Gyldendal undervisning. Na130 Laboratorieøvelser i fysikk. Tapir kompendium. Kap. 11 om lydlære som er lagt på ITL

3 EKSAMENSKRAV* Oppgavebesvarelser i fysikk bør innelde flest mulig av elementene som ligger i forslag til løsningsom her vises det til. Oppgave 4 Svar: a) Et eksempel kan være sugerørfløyten. Men andre aktiviteter med musikkinstrumenter og bruk av apparatur som konkretisere lydbølger. Eks. Utstyr: Sugerør, saks. Metode: Klem flat den ene enden av røret. Klipp av på skrå slik at det blir et passende vibrasjonslag for å blåse gjennom. Klipp av i forskjellige lengder. Målet er å gi en konkretisering av at lyd / tonen er avhengig av rørets lengde. b) Bølgelengde er: λ = 0,01 m. Vi hører ikke denne frekvensen c) Vi bruker I 0 = 1, W/m 2 I og L = 10 lg I 0 db Insetting: I = 75 W/m 2 og I 0 = 1, W/m 2 blir Lydintensitetsnivået. L = 138,75 db d) Vi bruker sin α 0,665 = 41,68 = 42 o Innfallsvinkel er 42 o i η =, med sin 30 o = 0,5 også 1,33 X 0,5 = 0,665. Bruk av kalkulator for arcsin sin α b e) En konkavlinse er en spredelinse, en konvekslinse er en samlelinse. En nærsynt person korrigere synet med en spredelinse, konkavlinse.

4 Oppgave 5 Svar: Trykket i beholderen er 4, Pa Oppgave 6 Svar: a) Med W = p ΔV setter inn verdier for trykket og volumendring. p = 2, Pa og ΔV= 0,50 m 3 Arbeidet gjort på omgivelsene er W =2, Pa. 0,50 m 3 = 1, J b) Endring i indre energi ΔU = Q + W = 3, J - 1, J = 2, J c) Denne loven kan formuleres på flere måter: - Ved enhver forandring i et system er summen av den tilførte og det utførte arbeidet på systemet lik endringen i indre energi. - Den indre energien i et legeme er lik summen av den kinetiske og den potensielle energien som er knyttet til molekylenes bevegelser og posisjoner i forhold til hverandre. - I et lukket system hvor det foregår en prosess er energien før prosessen begynner lik energien etter at prosessen er fullført.

5 Som vedlegg til eksamen Formler: I 0 = 1, W/m 2 I L = 10 lg db I 0 p1v T 1 1 = p2v T 2 2 K = o C sin α η = sin α i b ΔU = Q + W W = p ΔV F = p A 1 N/m 2 = 1 Pa Hjelpemidler: Kalkulator Form/ struktur/ språklig fremstilling og logisk sammenheng Oppgavebesvarelsene bør kunne leses med forklaring for utregninger. OPPGAVENS KARAKTER TOLKING AV OPPGAVETEKSTEN Riktig oppgavenummer til riktig besvarelsen Sted/ dato: Navn: George Sundt FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER

6 SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN* SEMESTER/ ÅR/ EKSAMENSTYPE* Naturfag 1, Na130 Kjemi (50 %) Høst timers skriftligeksamen KJEMI Oppgave 1 (Bindinger og navnsetting 15 %) I Kunnskapsløftet (LK06) står det i læreplanen i naturfag under kompetansemål for 7. årstrinn: Mål for opplæringen er at elevene skal kunne Forklare hvordan stoffer er bygd opp og hvordan stoffer kan omdannes ved å bruke begrepene atomer og molekyler a) Forklar hva som ligger i begrepene atom og molekyl. b) Molekylbegrepet er sterkt knyttet til begrepet kjemisk binding. Hva ligger i begrepet kjemisk binding? c) Bindinger finner vi både inne i og mellom molekyler. Lag en oversikt over hvilke bindinger vi finner inne i molekyler og mellom molekyler, og hva som karakteriserer de enkelte bindingstypene. d) Stoffer med ionebinding kalles vanligvis salter. Forklar hva som legger i begrepet ionebinding, og hvordan dette begrepet igjen er knyttet til begrepet elektronegativitet. Skriv formel og navn for minst tre salter (vedlegg 1 og 2 kan være til hjelp). Oppgave 2 (Reaksjonstyper 25 %) I Kunnskapsløftet (LK06) står det i læreplanen i naturfag under kompetansemål for 10. årstrinn: Mål for opplæringen er at elevene skal kunne Gjennomføre forsøk for å klassifisere sure og basiske stoffer Planlegge og gjennomføre forsøk med påvisningsreaksjoner, separasjon av stoffer i en blanding og analyse av ukjent stoff Du ønsker å lage et undervisningsopplegg som omfatter disse kompetansemålene, og finner ut at elevene blant annet må forstå hva som ligger i begrepene: a) Syre og base og sure og basiske løsninger. Hvordan vil du presentere disse begrepene for dine elever på 8. trinn? b) Når det gjelder påvisningsreaksjoner, vil du bruke fellingsreaksjoner. Du vil forklare dine elever hva som ligger i begrepet fellingsreaksjon, og la elevene gjennomføre to enkle forsøk. Du bestemmer deg for å bruke en løselighetstabell som utgangspunkt (vedlegg 3), og at du vil bruke nitrater og kromater som utgangspunkt for forsøkene kromater fordi de ofte gir farver på de felte saltene. Forklar hva en fellingsreaksjon er, og finn salter til gjennomføring av to fellinger fra vedlegg 3. Sett opp reaksjonslikninger for fellingene du velger. c) Til analyse av ukjent stoff vil du bruke syre basereaksjoner kombinert med lukt av eddik og ammoniakk og dannelse av CO 2. Du finner frem ammoniumklorid (NH 4 Cl), natriumetanat

7 (CH 3 COOH, natriumsaltet av eddiksyre) og kaliumkarbonat (K 2 CO 3 ) som du kaller A, B og C når du deler dem ut til elevene. I tillegg finner du frem løsninger av svovelsyre (H 2 SO 4 ) og natriumhydroksid (NaOH). Du gjennomfører først forsøket selv for å være sikker på at du skal kunne gi elevene rett respons og eventuelt hjelpe dem med planleggingen. Hva skjer i reaksjonene og hvordan kan du identifisere de enkelte stoffene? d) I nærheten av skolen du arbeider på finnes et vann som elevene kaller forurenset. Du vil forklare elevene at det ikke er tilfelle, men at det lukter H 2 S hydrogensulfid/råttent egg fordi det ikke finnes oksygen på bunnen. Du forklarer at nederst på bunnen finnes det bakterier som danner hydrogensulfid fordi de bruker sulfat (SO 4 ) som oksygenkilde i stedet for oksygen når de bryter ned sukker (forenklet formel CH 2 O) for å skaffe seg energi. En av elevene, med stor interesse for kjemi, spør om du ikke kan sette opp en reaksjonslikning for reaksjonen. I en bok finner du en summereaksjon, og bestemmer deg for å vise elevene en balansert reaksjonslikning og forklare hva slags reaksjon detter er: CH 2 O + SO 4 + H + CO 2 + H 2 S + H 2 O Forklar hva slags reaksjon dette er og balanser den. e) Neste dag kommer eleven tilbake og forteller at hun har funnet ut at det også finnes svovelbakterier som kan utnytte energien i H 2 S til å danne sukker. Hun har funnet ut at reaksjon oppsummert er: CO 2 + 2H 2 S CH 2 O + S 2 + H 2 O Eleven spør også om det er riktig at denne reaksjonen er balansert, og om dette er det som kalles en redoksreaksjon. Har eleven rett? Oppgave 3 (Organisk kjemi 10 %) I Kunnskapsløftet (LK06) står det også i læreplanen i naturfag under kompetansemål for 10. årstrinn: Mål for opplæringen er at elevene skal kunne Gjøre forsøk med og beskrive hydrokarboner, alkoholer og karboksylsyrer og noen vanlige karbohydrater Siden du underviser på 8. trinn, bestemmer du deg for at du bare skal ta med hydrokarboner i denne omgang. Du legger vekten på forskjellen mellom alkaner, alkener og alkyner. a) Hva er alkaner, alkener og alkyner, og hva kjennetegner disse stoffene? b) Den samme eleven som spurte om svovelbakterier over, har også sett at det finnes noe som heter isomeri i organisk kjemi. Du bestemmer deg for å forklare hva som ligger i begrepet og vise elevene noen eksempler på isomere forbindelser. Forbindelsene er: 1. CH 3 CH CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Cl Cl

8 2. CH 3 H H H C = C C = C H CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 3 3. H CH 3 CH 3 CH 3 C = C C = C CH 3 H H H Forklar hva isomeri er, hva slags isomeri som finnes i forbindelsene over, og sett navn på forbindelsene. c) Den samme eleven, igjen, kommer også med en figur hun har funnet i en kjemibok, se neste side. Hun ber om en forklaring på figuren, og spør om en forklaring på hvorfor metan, etan, propan og butan er gasser ved romtemperatur mens pentan er en væske. Hvordan vil du svare på spørsmålene? RELEVANT PENSUMLITTERATUR * James E. Brady (2004): Generell kjemi, 2. utgave, Tapir Akademisk forlag eller James E. Brady (2000): Generell kjemi, 1. utgave, Tapir Akademisk forlag eller Jan Sire (1998): Chemica, 2. utgave, Fagbokforlaget. Tabeller og formler i kjemi 2KJ og 3KJ, Gyldendal undervisning, Naturfag 130 høsten 2009: Ekstra tabeller i kjemi Kari Feren (2009): Na130 Laboratorieøvelser i kjemi. Tapir kompendium.

9 EKSAMENSKRAV* Oppgavebesvarelser i kjemi bør inneholde flest mulig av elementene som ligger i forslag til løsning under. Oppgave 1 a) Atomer er byggesteinene i kjemi, og er bygd opp av protoner, nøytroner og elektroner. Molekyler er bygd opp av to eller flere atomer, enten av samme grunnstoff eller ulike grunnstoffer holdt sammen med upolare eller polare kovalente bindinger. b) En kjemisk binding er de elektriske kreftene tiltrekkende og frastøtende som holder atomer sammen i et molekyl, eller de tiltrekkende kreftene som virker mellom ionene i et salt. Svake bindinger er svake krefter som virker mellom molekyler på grunn av polaritet i molekylene. c) Bindinger mellom atomer (sterke) Kovalente bindinger - atomene deler elektroner felles elektronpar for å oppfylle oktettregelen - atomene kan dele ett (-), to (=) eller tre ( ) elektronpar - Deles i: (Ren) kovalent binding binding mellom atomer med tilnærmet lik elektronegativitet E N < 0,5 Polar kovalent binding binding mellom atomer der forskjellen i elektronegativitet er mellom 0,5 og 1,5. Bindingselektronene trekkes over mot det mest elektronegative atomet. Gir opphav til dipoler i asymmetriske molekyler Bindinger mellom molekyler (svake) Dipol dipol bindinger mellom polare molekyler, skyldes at molekylene har små positive og negative poler. Londonkrefter induserte krefter (bindinger) som skyldes at noen av molekylene får en liten ladningsforskyvning (midlertidig dipol) som smitter over på nabomolekylene og gjør at alle molekylene får svake dipoler. Hydrogenbindinger mellom polare molekyler som er bygd opp av små, sterkt elektronegative atomer med minst ett ledig elektronpar, som N, F, og O. Hydrogenbindingen er sterkere enn de andre bindingene mellom molekyler(, men svakere en kovalente bindinger). d) Ionebinding er en binding mellom ioner og skyldes at motsatt ladde ioner tiltrekker hverandre. Ioner dannes hvis stoffene som reagerer med hverandre har større forskjell i elektronegativitet enn 2,0 (1,7 i noen bøker). For eksempel KI kaliumiodid, KMnO 4 kaliumpermanganat og K 2 O - kaliumoksid. Oppgave 2 a) Forutsetter at elevene kjenner oppbygningen av et hydrogenatom ett proton pluss ett elektron. Definisjoner: Syre et stoff som kan avgi protoner og base et stoff som kan ta opp protoner. Sur løsning en løsning med overskudd av oksoniumioner og basisk løsning - en løsning med overskudd av hydroksidioner Kanskje en god start og la elevene lage bruspulver og la dem smake på sitronsyre surt og natron (natriumhydrogenkarbonat) basisk slik at de får smake hva sure og basiske stoffer/løsninger er.

10 Videre forklare dem om det som skjer når de smaker på sitronsyre og natron - at syrer i vann avgir protoner (H + ) til vannmolekyler under dannelse av H 3 O + - oksoniumion, og at baser i vann tar opp protoner fra vannmolekyler under dannelse av OH - - ioner (hydroksidioner) som er resten av vannmolekylet når det har gitt fra seg H +. At den sure smaken skyldes oksoniumionene i vannløsningen de lager i munne, mens smaken av en basisk løsning lett bittert skyldes hydroksidioner og at det er samme ion som gjør såpeløsninger glatte. Videre gjøre flere praktiske øvelser med klassifisering av sure og basiske stoffer, kanskje introdusere ph begrepet og sammenhengen med mengden oksoniumioner, uten å legge for stor vekt mikronivået. b) En fellingsreaksjon er en reaksjon der det dannes et uløselig salt felling når to løsninger med løselige salter blandes. Hvilke salter som gir fellinger går frem av en løselighetstabell. Der kan det leses at nitrater er løselige mens for eksempel sølvkromat og kobber(ii)kromat er uløselige. Løselighetstabellen viser også at salter av natrium og kalium er løselige. Velger å lage en løsning av kaliumkromat (K 2 CrO 4 ) og løsninger av sølvnitrat (AgNO 3 ) og kobber(ii)nitrat (CuNO 3 ). Fordeler løsningen av kaliumkromat i to glass og tilsetter sølvnitrat til det ene og kobber(ii)nitrat til det andre. I begge glassene dannes det bunnfall. Siden det bare er kromationer pluss henholdsvis sølvioner og kobber(ii)ioner som reagerer, holder det å sette opp disse ionene i reaksjonslikningen. (Utelater dermed tilskuerionene.) Reaksjonene blir: 2Ag + (aq) + CrO 4 (aq) Ag 2 CrO 4 (s) dannelse av sølvkromat og Cu 2+ (aq) + CrO 4 (aq) CuCrO 4 (s) dannelse av kobber(ii)kromat. c) For å gjennomføre forsøket, fordeles stoffene A, B og C hver i to reagensglass/brønner på en mikroplate, og alle tilsetter svovelsyre i det ene settet og natriumhydroksid i det andre settet av stoffene A, B og C. I reaksjonene skjer følgene: Natriumetanat pluss svovelsyre fører til dannelse av eddiksyre (eddik) som kjennes på lukta. Kaliumkarbonat pluss svovelsyre fører til at det dannes CO 2, som bruser i løsningen (gassdannelse). Ammoniumklorid pluss natriumhydroksid fører til at det dannes ammoniakk (NH 3 ) som også identifiseres på lukta. I de andre glassene skjer det ingen reaksjoner som fører til at stoffene kan identifiseres. d) Dannelse av hydrogensulfid: Denne reaksjonen er en redoksreaksjon, det kommer frem ved å sette oksidasjonstall på stoffene på venstre og høyre side i reaksjonen. Balansering: 0 VI IV -II CH 2 O + SO 4 + H + CO 2 + H 2 S + H 2 O ΔOT Balanse Reduksjon: SO 4 H 2 S Oksidasjon: CH 2 O CO CH 2 O + SO 4 + H + 2 CO 2 + H 2 S + H 2 O Ladningsbalanse: Vi ser at summen av ladninger er 1 på venstre side, og 0 på høyre side. Vi må altså legge til en H + på venstre side for å få ladningsbalanse. Da stemmer også hydrogen og oksygen på begge sider (opptelling), og den balanserte reaksjonen blir: 2 CH 2 O + SO 4 + 2H + 2 CO 2 + H 2 S + 2 H 2 O

11 Eleven har rett når hun mener at denne reaksjonen er en redoksreaksjon. Både det og at reaksjonen er balansert, fremkommer ved å se på oksidasjonstallene og antall atomer på begge sider av reaksjonspilen: IV -II 0 0 CO 2 + 2H 2 S CH 2 O + S 2 + H 2 O Av oksidasjonstallene fremgår det at karbon endrer oksidasjonstall fra +IV til 0, en endring på -4. Det fremgår også at de to svovelatomene endrer oksidasjonstall fra II i H 2 S til 0 i S 2. Dette gir en endring for svovel på 2-2 = - 4. Det vil si at minkningen og økningen i oksidasjonstall balanserer hverandre, til sammen 0, dvs. at antall opptatte elektroner = avgitte elektroner, og at reaksjonen er balansert. Oppgave 3 a) Alkaner, alkener og alkyner: Tilhører hydrokarbonene, og er de enkleste organiske forbindelsene, bygd opp av karbon og hydrogen holdt sammen med upolare kovalente bindinger. De kan danne åpne kjeder - rette eller forgrenede alifatiske forbindelser og sykliske forbindelser (ringstrukturer) alisykliske forbindelser. De deles inn etter bindingstyper, inneholder minst en enkelt -, dobbelt - eller trippelbindinger. Kjennetegn etter bindingsforhold er: Alkaner - åpne kjeder med bare enkeltbindinger, -, mettete forbindelser Alkener - åpne kjeder med minst en dobbeltbinding, =, umettete forbindelser Alkyner - åpne kjeder med minst en trippelbinding,, umettete forbindelser Alle disse kan lage tilsvarende sykloforbindelser, f.eks sykloalkaner. De danner en homolog rekke - fra ett til svært mange C-atomer i kjeden. Et eller flere hydrogenatomer kan erstattes (substitueres) med et annet atom eller en atomgruppe for eksempel halogen (- alkylhalider halogenerte hydrokarboner. Alkanene er upolare og lite reaktive, og hovedreaksjonstypen er forbrenningsreaksjoner. Alkener og alkyner er mer reaktive på grunn av = og, som består av en sterk og henholdsvis en og to svakere bindinger, og gjennomgår addisjonsreaksjoner i tillegg til forbrenningsreaksjoner. (Oversikt over alifatiske hydrokarboner med 1 6 C atomer. Antall C- atomer Alkaner Alkener Alkyner 1 metan CH 4 2 etan C 2 H 6 eten C 2 H 4 etyn C 2 H 2 3 propan C 3 H 8 propen C 3 H 6 propyn C 3 H 4 4 butan C 4 H 10 buten C 4 H 8 ) butyn C 4 H 6 5 pentan C 5 H 12 penten C 5 H 10 pentyn C 5 H 8 6 heksan C 6 H 14 heksen C 6 H 12 heksyn C 6 H 10 b) Hvis det er flere enn 3 C-atomer i kjeden, kan C atomene kan organiseres på forskjellig måte i rette eller forgrenete kjeder isomeri. Isomere forbindelser kjennetegnes ved at de har

12 samme summeformel antall C og H atomer er likt, men forskjellig struktur organisering av atomene. Både alkaner, alkener og alkyner kan ha rette eller forgrenede kjeder kjedeisomeri. Alkener og alkyner kan også ha stillingsisomeri - forskjellig plassering av = og. Alkener kan i tillegg ha cis og transisomeri - plassering av like atomer eller atomgrupper på samme eller hver sin side av = fordi det er hindret rotasjon rundt dobbeltbindingen. Dette er en form for geometrisk isomeri. Forbindelsene i 1. har kjedeisomeri kloratomet er plassert på henholdsvis karbonatom nr. 2 2 klorpropan og C atom nr. 1 1 klorpropan. Forbindelsene i 2. skulle hatt kjedeisomeri dobbeltbindingen er plassert mellom henholdsvis C atom nr. 2 og 3 2 penten og mellom C atom nr. 1 og 2 1 penten, men fikk i farten cis og transisomeri trans 2 penten og cis 2 penten. Forbindelsene i 3. har cis og transisomeri de er trans 2 buten (til venstre) og cis 2 buten (til høyre). c) Figuren viser en oversikt over koke og smeltepunkt til de 20 første ugrenete alkanene. Begge øker med antall C atomer i kjeden, dvs. molekylmassen. Koke og smeltepunkt henger sammen med svake bindinger mellom de upolare molekylene Londonkrefter. Londonkrefter henger igjen sammen med dannelse av momentane dipoler. Sjansen for å danne momentane dipoler, og dermed indusere Londonkrefter, er større dess større molekylet er. Metan, etan, propan og butan er alle små molekyler med svake londonkrefter mellom molekylene, og er derfor gasser ved romtemperatur. Pentan er stort nok til å passere grensen for størrelse, og dermed ha sterke nok Londonkrefter mellom molekylene, til at den er en væske ved romtemperatur. Hjelpemidler: Kalkulator, Tabeller i kjemi, Kunnskapsløftet (LK06) Form/ struktur/ språklig fremstilling og logisk sammenheng Fremgår av oppgavesettet og forslag til løsninger på oppgavene. OPPGAVENS KARAKTER TOLKING AV OPPGAVETEKSTEN Oppgavene er konkrete, og trenger ikke tolkes. Sted/ dato: Navn: Kari Feren FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER