Individuell skriftligeksamen i Naturfag 2, Na230E 15 studiepoeng UTSATT EKSAMEN 10.01.2012 Sensur faller innen 31.01.2012. Resultatet blir tilgjengelig på studentweb første virkedag etter sensurfrist, BOKMÅL dvs. 01.02.2012 (se http://www.hist.no/studentweb). Timer: 6 timer Hjelpemidler: Kunnskapsløftet (LK06), tabeller i fysikk og kjemi, kalkulator Det er tillatt å streke under og nummerere og skrive kommentarer til spenningsrekka/tabell over standard reduksjonspotensialer i kjemitabellen på tilsvarende måte som i vedlegg 1. Informasjon: Oppgavesettet er totalt på seks 6 sider og har i alt to 2 vedlegg, ett i kjemi og ett i fysikk. Oppgavene i fysikk og kjemi må starte på nye sider, og heftes sammen i separate bunker. Alle oppgaver skal besvares, og kandidaten må ha minst 35 % riktige svar i hvert av fagene for at eksamen skal være bestått. Oppgave 1 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) Karbohydrater er et veldig aktuelt tema i dagens «Helsenorge». Lavkarbo er blitt et begrep noen griper med begjær når det gjelder kosthold, mens andre får skjelvinger av det samme begrepet. Karbohydratene deles ofte inn i raske og langsomme karbohydrater med tanke på hvor lett de tas opp i tarmen. Raske karbohydrater finnes først og fremst som sukker og stivelse (ingen husker visst glykogen), mens de langsomme karbohydratene først og fremst finnes i vegetabilsk kost som salat, spinat, stilkselleri osv. Gi en oversikt over oppbygning og inndeling av de vanligste karbohydratene. Støtt gjerne oversikten med figur(er) som viser oppbygningen av de tre viktigste gruppene. c) Du underviser naturfag i 10. klasse og vil i den forbindelse gjøre forsøk med karbohydrater knyttet til kompetansemålene: Gjøre forsøk med og beskrive hydrokarboner, alkoholer og karboksylsyrer og noen vanlige karbohydrater Planlegge og gjennomføre forsøk med påvisningsreaksjoner, separasjon av stoffer i en blanding og analyse av et ukjent stoff Skisser et opplegg der du bruker disse målene i et forsøk med karbohydrater. d) Flere av elevene dine, spesielt jentene, er forvirret av uttrykket lavkarbodiett. De har hørt at de ikke skal spise sukkerholdig mat og poteter eller lyst brød, mens salat og grønnsaker som vokser over jorda, er bra for de inneholder ikke karbohydrater. Er du enig med elevene? Gi også et kort svar på hvordan du vil forklare dette for elevene dine. Oppgave 2 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 0,400 g til to paralleller. 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 4 - - 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 0.0500M kaliumpermanganatløsning. Forbruket i de to parallellene var 28.3 cm 3 og 28.5 cm 3. 1. 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? Molar masse for jern er 55.85 g/mol.
e) 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) Forklar hvorfor studenten fikk ulik ph verdig i de to løsningene selv om de hadde samme konsentrasjon. ii) Studenten regnet seg frem til passende ph i løsningene, og bestemte seg for å lage løsninger på 0.40M. Han fant ut at ph i løsningen av saltsyre ble 0,40 og at ph i eddiksyreløsningen ble 2,55. Vis hvordan studenten kom frem til disse ph verdiene. Syrekonstanten for eddiksyre er: K a = 1.8 10-5 M. 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! Oppgave 3 Astrofysikk (10 %) En stjerne har en overflatetemperatur på 5800 K. Wiens forskyvnings lov sier at produktet av bølgelengden der den utstrålte effekten har sitt maksimum, og den absolutte temperaturen til et himmellegeme, er konstant. Regn ut bølgelengden ved maksimal effekt til denne stjernen. Oppgave 4 Elektrisitet (10 %) Mellom elektrisk ladde partikler virker det enten tiltrekkende eller frastøtende krefter, alt etter om ladningene er positive eller negative. Avstanden mellom to små kuler er 4,0 cm (punktladninger). Kulene har ladning - 8,0 10 9 C og - 2,0 10 9 C. Finn kraften mellom kulene. Er kraften frastøtende eller tiltrekkende? Oppgave 5 Atomfysikk (15 %) I atomfysikk studerer vi energitilstandene til hydrogenatomet. Gå ut fra at elektronet i hydrogenatomet er i tilstand n = 2. Elektronet faller ned til tilstand n = 1. a) Regn ut energien, frekvensen og bølgelengde til det fotonet som blir sendt ut. b) Er fotonet innenfor området for synlig lys? Oppgave 6 Elektronikk (15 %) Når vi bygger en forsterker bruker vi dioder, transistorer, kondensatorer og motstander. Vi skal kople tre motstander på R1 = 20 Ω, R2 = 40 Ω og R3 = 60 Ω. 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 tre motstander som vises på figuren nedenfor. Regn ut erstatningsresistansen og strømmen til strømkretsen?
Vedlegg 1 Standard reduksjonspotensialer ved 25 C
Kommentarer til standard reduksjonspotensialer/spenningsrekka 1. Alle metaller som har negativt standard reduksjonspotensial, dvs. under H + /H 2, vil reagere med saltsyre. I reaksjonen dannes det metallioner og hydrogengass. Slike metaller kalles ofte uedle metaller. 2. Alle metaller som står over H + /H 2, dvs. har positivt redokspotensial reagerer ikke med saltsyre. 3. Alle metaller som står under H 2 O/H 2 vil reagere med vann og danne metallioner, hydrogengass og OH - - ioner. Disse metallene kan ikke fremstilles ved elektrolyse av vannløsninger. 4. Alle metaller som står under redoksparet O 2 /OH - kan reagere med vann og oksygen og danne metallioner og hydroksidioner (OH - ), de kan korrodere. Disse metallene, med unntak av jern og kobber, kan også reagere med oksygen i lufta slik at det dannes et beskyttende lag av tungt løselig oksid som hindrer vannet å komme til og dermed korrosjon. 5. Oksiderende syrer har anioner som kan reduseres og dermed oksidere alle stoffer som står under dem i spenningsrekka. Reaksjonen foregår bare i surt miljø, dvs. syra oksiderer, men ikke vannløsninger av salter med anionene av syra. 6. Stoffer med stor evne til å redusere andre stoffer er gode reduksjonsmidler, og befinner seg nederst til høyre i spenningsrekka. De oksideres lett selv og har høyt negativt reduksjonspotensial. 7. Stoffer med stor evne til å oksidere andre stoffer er gode oksidasjonsmidler, og befinner seg øverst til venstre i spenningsrekka. De reduseres lett, og har et høyt positivt reduksjonspotensial. Vedlegg 2 Formler og konstanter i fysikk λm. T = a En = - B / n 2 J a = 2,90. 10-3 mk B B E = h f = 2 2 ( n > m) m n E=hf c = f λ U=RI B=2,18. 10-18 J c = 3,0. 10 8 m/s h=6,63. 10-34 Js k = 8,99. 10 9 Nm 2 /C 2 Synlig lys: 400 nm til 750 nm 1 R = 1 1 + R R 1 2 +.. R = R1 + R2 + R3 +... q q F = k r 1 2 2