SENSURVEILEDNING EMNEKODE OG NAVN Naturfag, Na30-E UTSATT V0 FYSIKK SEMESTER/ ÅR/ EKSAMENSTYPE 6 timers skriftlig eksamen Fysikk er 50 %, Kjemi 50 % Oppgave Astrofysikk (0 %) Wiens forskyvningslov sier at produktet av bølgelengden der den utstrålte effekten har sitt maksimum, og den absolutte temperatur til et himmellegeme er konstant. Hva er overflatetemperatur til en stjerne som sender ut lys med en bølgelengde på 560nm ved maksimal effekt? Oppgave Elektrisitet (0 %) En kondesatorplate har en ladning på 3,0. 0-9 C. Denne platen står i en avstand av 0, mm en annen plate som har en ladning på -3,0. 0-9 C. Mellom kondensatorplatene virker det enten tiltrekkende eller frastøtende krefter. a) Finn den elektriske kraften som virker på platene? b) Er kraften mellom platene frastøtende eller tiltrekkende? Oppgave 3 Atomfysikk (5 %) I atomfysikk studerer vi blant annet energitilstandene til hydrogenatomet. Gå ut fra at elektronet i hydrogenatomet er i tilstand n = 3. Elektronet faller ned til tilstand n = i to trinn. a) Regn ut energien og frekvensen til fotonet som blir sendt ut når elektronet faller fra tilstand n=3 til tilstand n=? b) Regn ut energien og frekvensen til fotonet som blir sendt ut når elektronet faller fra tilstand n= til tilstand n=? Oppgave 4 Elektronikk (5 %) Vi kan bygge ulike strømkretser ved å koble motstander på ulike måter. Vi kopler fire motstander på R = 0 Ω, R = 40 Ω, R3 = 60 Ω og R4 = 40 Ω som vises på figur. 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 R4. c) Vi setter sammen en ny strømkrets med de fire motstandene i parallell. Regn ut erstatningsresistansen til strømkretsen når motstandene er koplet i parallell.
KJEMI Oppgave 5 Organisk kjemi (0 %) a) Hva er det systematiske navnet til dette hydrokarbonet? Hvilken organisk stoffgruppe tilhører stoffet og hva kjennetegner strukturen til denne stoffgruppa? CH CH CH CH 3 b) Stoffet i a) har en eller flere isomere forbindelser. Hva ligger i begrepet isomeri? Tegn strukturformel for de(t) isomere stoffet/stoffene til stoffet i a). Oppgi også systematisk navn for stoffet/stoffene du tegner. d) Tegn generell strukturformel for følgende stoffgrupper: aldehyd, keton, karboksylgruppe og aminosyre. Forklar, gjerne ved hjelp av figurer, hva som er likt og hva som er ulikt mellom ulike aminosyrer. Oppgave 6 Uorganisk kjemi (0 %) Petter er naturfaglærer i 7. klasse. Han skal lage til løsninger som elevene hans skal bruke i et forsøk med avkok av rødkål som indikator. Hensikten er å undersøke hvilke farger denne indikatoren gir ved ulike ph-verdier. Petter vil derfor ha to ulike sure og to ulike basiske løsninger i tillegg til en nøytral løsning. Han velger å lage følgende løsninger: 0, M NaOH, 0, M eddiksyre (CH 3 COOH), 6 M HCl og M NH 3. Som nøytral løsning bruker Petter vann fra springen. a) Synes du Petters valg av løsninger er fornuftig? Begrunn svaret og foreslå eventuelle endringer b) Regn ut ph i de ulike løsningene Petter har foreslått. Syrekonstant eddiksyre K a =.8 0-5 M. Basekonstant NH 3 K b =.8 0-5 M. c) Petter har rikelig M eddiksyre og fast NaOH tilgjengelig. Hvordan kan han lage til 0, L med 0, M eddiksyre og 0, L med 0, M NaOH.
Oppgave 7 Uorganisk kjemi (0 %) Petra er naturfaglærer på en ungdomsskole der hun har ansvaret for en gruppe elever som ønsker ekstra utfordringer i naturfag. I den forbindelse ønsker hun å gjennomføre redokstitreringer i klassen der elevene skal undersøke jerninnholdet i spiker. Hun utfører flere parallelle titreringer der hun først løser opp spikrene i varm svovelsyre (3M H SO 4 ) og deretter titrerer med standardløsning av kaliumpermanganat (KMnO 4 ). Så lenge MnO 4 - -i onene er i overskudd, er løsningen lillafarget, men når disse ionene er forbrukt blir løsningen nærmest fargeløs. a) Når Petra løser opp jernspikrene i svovelsyra ser hun at det bobler fra spikrene. Skriv reaksjonslikningen for denne reaksjonen. Hva slags reaksjon er dette? b) Reaksjonslikningen for det som skjer i titreringskaret skrives gjerne slik: MnO 4 - (aq) 8H (aq) 5Fe (aq) Mn (aq) 5Fe 3 (aq) 4H O(l) Denne likningen tar ikke med alle stoffene som finnes i karet. Hvilke stoffer mangler, og hvorfor utelates disse som regel? c) Petras resultater for jerninnholdet (Fe) i spikrene fra fem parallelle titreringer er: 98,5 %, 9, %, 99,3 %, 00,4 % og 98,9 %. Hva mener du er det beste målet på jerninnholdet i spikrene ut i fra Petras tall? Begrunn svaret. Petra mener at disse jernspikrene ikke er egnet til titreringsøvelse for elevene. Er du enig? Begrunn svaret. d) I stedet for titrering velger hun å gjøre følgende: Spikeren veies og løses i svovelsyre som før, men elevenes oppdrag er å beregne og veie inn nøyaktig den mengden kaliumpermanganat som trengs for at alle jernionene (Fe ) skal reagere. Bruk jernprosenten du kom fram til i oppgaven over og beregn hvilken mengde kaliumpermanganat som må brukes for en jernspiker som veier,50 g. Petra ønsker å utnytte elevenes konkurranseinstinkt og vil premiere de som er nærmest. Hvordan skal hun kunne avgjøre dette? e) Som naturfaglærer vil du demonstrere et galvanisk element for klassen din. Velg hensiktsmessige stoffer (jfr. vedlegg ). Tegn en skisse av oppsettet ditt og forklar hva som skjer. Oppgave 8 Støkiometri (0 %) Du er naturfagslærer i 0. klasse og vil lage en oppgave for noen bilinteresserte elever der de skal undersøke om følgende påstander i en annonse for et kjent bilmerke stemmer: Forbruk per mil: 0,45 L diesel CO -utslipp per km: 8 gram a) For å hjelpe elevene i gang setter du opp en punktvis framgangsmåte for hvordan de kan finne ut dette. Hvordan vil denne lista se ut? b) Lag et løsningsforslag med beregninger etter mal av lista i a) når vi gjør følgende antakelser: Diesel er alkaner som i gjennomsnitt har 4 karbonatomer og diesel har en massetetthet på 0,84 g/l. c) Noen av elevene reagerer på reaksjonslikningen du har satt opp der du påstår at forbrenning av diesel produserer vann: Det kommer ikke vann ut av eksosrøret på bilen, lærer! Hvordan vil du overbevise skeptikerne? 3
Vedlegg Formelark i fysikk Formler og konstanter λm. T = a Benevning mk a =,90. 0-3 mk qq F = k Ν r k = 8,99. 0 9 Nm /C En = - B / n J B B E = h f = ( n > m) eller E= E E J m n c = f λ m/s Β =,8. 0 8 J h = 6,63 0-34 Js c = 3,0. 0 8 m/s U = R I V R = R R R3... Ω R t = R R R 3 Ω 4
Vedlegg Standard reduksjonspotensialer ved 5 C 5
RELEVANT PENSUMLITTERATUR * Kjemi: Jan Sire (998): Chemica, Fagbokforlaget eller James E. Brady (004): Generell kjemi.. utgave Tapir Akademisk forlag V. Ringnes og M. Hannisdal (000): Kjemi fagdidaktikk Kjemi i skolen, Høyskoleforlaget Campbell and Reece (008): Biology, 8 th edition Pearson International eller Campbell, Reece and Simon (007): Essential biology with phys. th ed. Kompendium: Kari Feren (009): Naturfag Na30 Laboratorieøvelser i kjemi. Fysikk: Callin, Petter m. fl. (007). Ergo. Fysikk : Grunnbok. Oslo, Aschehoug. Callin, Petter m. fl. (008). Ergo. Fysikk : Grunnbok. Oslo, Aschehoug. Na30 Laboratorieøvelser i fysikk. Tapir kompendium. Haugan, John og Aamot, Eimund (009). Gyldendals tabeller og formler i fysikk : Fysikk og fysikk. Oslo, Gyldendal undervisning EKSAMENSKRAV: Innhold Fysikk Oppgave Astrofysikk (0 %) Kandidaten bør ha følgende regninger: Overflatetemperatur til stjernen regnes ut fra Wiens relasjonen λm. T = a, hvor a=,90. 0-3 mk. Så T = a/λm =,90. 0-3 mk/ 560nm = 570 K Oppgave Elektrisitet (0 %) Kandidaten bør ha følgende regninger: qq a) For å regne ut den elektriske kraften brukes relasjonen: F = k hvor ved innsetting av r verdiene for ladning og avstand vi får: -9-9 9 3,0 0 3,0 0 F = 8,99 0 = 8,09Ν 4 (,0 0 ) b) Kraften mellom platene er tiltrekkende 6
Oppgave 3 Atomfysikk (5 %) Kandidaten bør ha følgende regninger: En = - B / n For n = 3 E3 =,8. 0 8 J / 3 = -,4. 0 9 J For n = E =,8. 0 8 J / = - 5,45. 0 9 J Fotonet går fra energinivå 3 til energinivå B B E = h f = ( n > m) m n E = h.f = -,4. 0 9 J 5,45. 0 9 J = 3,03. 0 9 J E = h.f som gir frekvensen til fotonet: f = E/ h = (3,03. 0 9 J)/( 6,63. 0-34 Js) = 4,57. 0 4 Hz For n = E =,8. 0 8 J / = - 5,45. 0 9 J For n = E =,8. 0 8 J Fotonet går fra energinivå til energinivå B B E = h f = ( n > m) m n E = h.f =,8. 0 8 J 5,45. 0 9 J =,64. 0 8 J E = h.f som gir frekvensen til fotonet: f = E/ h = (,64. 0 8 J)/( 6,63. 0-34 Js) =,47. 0 5 Hz Oppgave 4 Elektronikk (5 %) Med motstander R = 0 Ω, R = 40 Ω, R3 = 60 Ω og R4 = 40 Ω og et batteri på 9,0 V. Kandidaten bør ha følgende regninger: a) Erstatningsresistansen til strømkretsen regnes ut slik at først regnes en erstatningsresistans for: R = 40 Ω og R3 = 60 Ω som er i parallell Her brukes R t = R R Som gir R p = 0/5 = 4 Ω R 3 med verdier, Videre er denne resistansen koplet i serie med R = 0 Ω og R4 = 40 Ω som gir erstatningsresistansen for strømkretsen lik 84Ω R p = 40 60 7
b) For å regne ut strømmen som går gjennom R4 brukes Ohms lov U = R I Med U=9,0 V og R= 84 Ω får vi I= 9,0/84 =0, A c) For å regne ut erstatningsresistansen når de fire motstandene er koplet i parallell brukes relasjonen = Med verdier for R = 0 Ω, R = 40 Ω, R t R R R R R t = R3 = 60 Ω og R4 = 40 Ω får vi: 0 R t = 8,57 Ω 40 60 40 = 4/0 3 4 Innhold kjemi Oppgave 5 organisk kjemi (0 %) a) Systematisk navn but--en, men -buten godtas også. Stoffet er et alken som er hydrokarboner med dobbeltbinding. b) Isomeri er at stoffer har samme molekylformel, men ulik struktur. De ulike formene for isomeri er ikke viktig for denne oppgaven. Isomere: cis-but--en, trans-but--en og -metylpropen har samme molekylformel. c) Aldehyd: R-CHO, keton: R-C=O, karboksylsyre: R-COOH (med dobbeltbinding til en O), aminosyre HN-R-COOH. I de ulike aminosyrene vil R-delen være ulik, men alle har aminogruppe og syregruppe. Oppgave 6 - Uorganisk kjemi (0 %) a) 6M HCl er en unødvendig konsentrert løsning av en sterk syre. Ut i fra sikkerhetshensyn (og forbruk av kjemikalier) bør denne byttes ut med en mindre konsentrert løsning, f.eks. 0, M eller lignende. En god besvarelse bør også diskutere hvorvidt springvann er nøytralt og hva som eventuelt bør brukes isteden, f.eks. ionebytta vann. b) Løsning ph 6 M HCl -0,78 0, M CH 3 COOH,87 (m/tilnærming) Vann fra springen Varierer! 0, M NH 3,3 0, M NaOH c) 0, L 0, M HAc: c * v = c * v v = c * v / c = 0, * 0, / L = 0,0 L = 0 ml 0 ml M HAc fortynnes til 0, L med (ionebytta) vann. 0, L 0, M NaOH: Fast NaOH veies inn og løses i ionebytta vann. Masse NaOH: m = c * V * M NaOH = 0, * 0, * 40,0 g = 0,8 g Løses i ionebytta vann og fortynnes til 0, L 8
Oppgave 7 - Uorganisk kjemi (0 %) a) Oppløsning av jernmetall i svovelsyre er en redoksreaksjon. Fe (s) H (aq) Fe (aq) H (g) b) Tilskuerionene K og SO 4 - er ikke med. Disse stammer fra hhv. kaliumpermanganat og svovelsyra. Siden det ikke skjer noe med disse ionene i denne reaksjonen tas disse ikke med. c) Med disse fem tallene bør man stryke 9, før man regner gjennomsnitt. Siden dette tallet avviker så markant fra de andre er det sannsynlig gjort en grov feil ved titreringa eller innveinga. Noen vil kanskje stryke 00,4 % fordi en jernspiker ikke kan inneholde mer enn 00 % jern, men dette tallet er ikke særlig avvikende fra de andre. I et slikt oppsett med veiing og titrering er det fullt mulig å gjøre feil til begge sider. Jernprosent blir da: 99,75 % = 99,3 %. Det vil være bedre å finne en legering med lavere jerninnhold, slik at ingen vil få jerninnhold på over 00 % siden dette åpenbart er feilaktig. Subsidiært kan man argumentere på linje med tankegangen i forrige avsnitt: Feil til begge sider er mulig, så litt over 00 % er mulig og kan være et akseptabelt resultat hvis reell prosent er like under 00. Kandidater som velger siste tilnærming må argumentere godt for dette synspunktet, da dette innebærer en svært avansert tilnærming, selv for sterke ungdomsskoleelever. d) Masse jern: m Fe = m spiker * jernprosent =,50 * 99,3 g =,49 g (,489 g med flere sifre) Antall jern: n Fe = m Fe / M Fe =,49 / 55,85 mol = 0,0668 mol Antall kaliumpermanganat: n KMnO4 = /5 * n Fe = 0,0668 / 5 mol = 0,005336 mol Masse kaliumpermanganat: m KMnO4 = n KMnO4 * M KMnO4 =0,005336 * 58,03 g = 0,843 g Løsningene til de elevene som har undertitrert, dvs tilsatt for lite kaliumpermanganat, kan måles ved å titrere for å se hvor langt det er igjen til ekvivalens. De som har overtitrert (lilla løsning for mye permanganat) er det verre med. Reglene kan være at overtitrering gir null poeng og så premiere de som er nærmest fra andre sida? Flere mulig svar her, men fornuftig argumentasjon utifra naturfaglige og didaktiske betraktninger belønnes. e) Mange ulike kombinasjoner kan brukes, men kanskje mest hensiktsmessig er Cu/Zn? Kobberstaver i M kobbersulfat og sinkstaver i M sinksulfat. Så trengs det en saltbro f.eks. kaliumnitrat e.l. (metta løsning). Saltbroa kan være filterpapir gjennomtrukket av løsningen eller bøyd glassrør med membraner. Forklaringa av hva som skjer bør inneholde beskrivelse av hvordan elektroner vandrer fra metallet i den ene elektroden (f.eks. sink) til ionene i det andre karet (f.eks. kobberioner) og at metallene henholdsvis går i løsning og avsettes på elektroden (oksidasjon og reduksjon). Dessuten må funksjonen til saltbroa kommenteres - at ioner fra denne kompenserer for forskjellen i elektrisk ladning som oppstår pga elektronvandring. At det ikke går strøm uten saltbroa er også naturlig å nevne. 9
Oppgave 8 - Støkiometri (0 %) a) Et eksempel til liste (variasjoner mulig!): Finn ut hva diesel er ved hjelp av et leksikon. Hvilken informasjon trenger du videre. Sett opp en balansert reaksjonslikning. Regn ut hvor stor masse en liter diesel har. Beregn hvor mange mol diesel dette er. Bruk reaksjonslikningen til å finne ut hvor mange mol CO dette gir. Beregn massen til karbiondioksiden. Denne massen er utslippet fra forbruk av en liter diesel, beregn utslipp pr km kjørt. b) Reaksjonslikning: C 4 H 30 43 O -> 8 CO 30 H O Masse L diesel: m d = 840 g Antall diesel : n d = m d /M d = 840 / 98,38 mol = 4,343 mol Antall karbondioksid n co = n d * 4 = 4,343 * 4 mol = 59,80 mol Masse karbondioksid = m co = n co * M co = 59,80 * 44,0 g = 608,9 g Utslipp pr km er masse karbondioksid pr liter ganger forbruk pr km: Utslipp pr km: 608,9 * 0,045 g = 7,4 g Annonsens påstand er altså riktig. c) Kanskje har andre elever lagt merke til at det virkelig kan dryppe vann fra eksosrør på biler? Ellers er et forsøk med forbrenning av hydrokarboner (butan/propan) og duggdannelse i et begerglass eller lignende en mulighet. Siden dette er sterke elever går de an å argumentere på mikronivå også: Hydrokarboner inneholder karbon og hydrogen. Karbonet går over til karbondioksid, hvor blir hydrogenet av? På hvilken form vil vannet finnes i avgassen? Hvordan ser vanndamp ut? (Dagligtalens damp fra vann som koker til den usynlige gassen H O(g)) Form/ struktur/ språklig fremstilling og logisk sammenheng Svarene skal være klare og konkrete uten at sensor kan misoppfatte innholdet i forhold til oppgavenummer som disse hører til. OPPGAVENS KARAKTER TOLKING AV OPPGAVETEKSTEN Regneoppgaver bør ha mellomregninger. FAGLÆRER/ OPPGAVEGIVER Sted/ dato: 7.05. Navn: John Magne Grindeland (kjemi) George Sundt (fysikk) 0