Individuell skriftlig eksamen i Naturfag 2, NA230-E ORDINÆR EKSAMEN 3. juni 2011. Sensur faller innen 27. juni 2011. BOKMÅL Resultatet blir tilgjengelig på studentweb senest første virkedag etter sensurfrist, dvs. 28. juni 2011 (se http://www.hist.no/studentweb). Timer: 6 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 fem 5 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 (20%) En student hadde regnet seg frem til at den empiriske/støkiometriske formelen i en oppgave var CH 2 O/(CH 2 O) x. a) Hvilken prosentfordeling av grunnstoffene karbon, hydrogen og oksygen var gitt i oppgaven som studenten regnet? b) De neste spørsmålene i studentens oppgave (og i denne) dreide seg om mulige stoffgrupper: i) Først ble det bedt om en forklaring på hvorfor det bare var en mulig isomer for x = 1, og strukturformel og navn på denne forbindelsen. ii) Videre ble det bedt om navn og strukturformel for 2 mulige isomere med x = 2, den ene en syre og den andre et hydroksyaldehyd. iii) Videre i oppgaven ble det bedt om en forklaring på hvorfor det også kan være et keton blant isomerene for x = 3, hvorfor dette må være et dihydroksyketon, det mulige aldehydet et dihydoksyaldehyd og mulige
iv) syrer hydroksysyrer. Oppgaven ba også om mulige strukturformler, og en forklaring på at det er to mulige strukturformler for syren. Til sist ble det spurt om hvilken gruppe av stoff(er) det var mest sannsynlig at isomere med x = 6 hører hjemme. Finn forklaringer, isomere, navn og strukturformler slik oppgaven ba om. Oppgave 2 Uorganisk kjemi (30%) a) Avgjør, ved hjelp av spenningsrekka, hvilke(n) av de følgende reaksjoner som kan brukes til å lage et galvanisk element som leverer strøm: 1. Al 3+ (aq) + Cr (s) Al (s) + Cr 3+ (aq) 2. Zn (s) + Fe 2+ (aq) Fe (s) + Zn 2+ (aq) 3. Au 3+ (aq) + 3 Ag (s) 3 Ag + (aq) + Au (s) Hvis du skulle velge blant den/de reaksjonene over som kan brukes, hvilken ville du brukt som utgangspunkt for å lage et galvanisk element for å vise dine elever hvordan et batteri fungerer? Hvis du fikk velge fritt blant mulige reaksjoner ut fra spenningsrekka, hvilket redokspar ville du da valgt til ditt galvaniske element. Grunngi svaret (-ene) kort. Du har bestemt deg for å gjøre et forsøk med elevene dine der det skal brukes eddik (eddiksyre). Det presiseres at eddikløsningen må være så nær 1 % som mulig for at forsøket skal bli vellykket. Du finner en eddikflaske (ser av flasketypen at det sannsynligvis er eddik på den og lukter på den), men lappen på flasken har dessverre blitt borte. Du vet at eddik selges i slike flasker i konsentrasjoner på 5 % eller 7 %. For å finne konsentrasjonen av eddiken i flasken, bestemmer du deg for å gjøre en titreranalyse. b) Tidligere har du laget en løsning på ca. 0.1M NaOH som du bestemmer deg for å bruke som standardløsning. Du innstiller natriumhydroksidløsningen med kaliumhydrogenftalat, og finner at den har en eksakt konsentrasjon på 0.104M. Til selve analysen pipetterer du ut 10 ml eddik fra flaska uten lapp i en målekolbe og fortynner til 100 ml. Fra denne tar du ut to paralleller på 25 ml som du titrerer. Forbruket av NaOH var på henholdsvis 29.4 ml og 29.6 ml. i) Finn eddikløsningens konsentrasjon i %. ii) Hvor mange ganger må du fortynne den opprinnelige eddikløsningen for å få en 1 % - løsning? iii) Hvilken indikator brukte du i titreringen, og hvorfor? c) Kunne du brukt en annen metode til å finne konsentrasjonen av eddikløsningen på flaska med manglende lapp? Gi en kort forklaring. Molekylmassen for eddiksyre er 60,0 u. Oppgave 3 - Atom- og kjernefysikk (30%) a) Når vi lyser gjennom hydrogengass med hvitt lys, kan vi se et absorpsjonsspekter dersom vi studerer lyset i et spektroskop. Hva kjennetegner et absorpsjonsspekter, og hvordan oppstår det? b) Hydrogengass har også et emisjonsspekter.
Under hvilke omstendigheter observerer vi henholdsvis absorpsjonsspekter og emisjonsspekter fra en gass? c) Emisjonsspektrum kalles ofte for fingeravtrykket til et grunnstoff. i. Hvorfor er alle emisjonsspektre unike for grunnstoffet de stammer fra? ii. Hvorfor observerer vi kontinuerlige spektre fra faste stoffer? d) Bruk formelen for energinivåene i hydrogenatomet til å finne energien til det emitterte fotonet, i de to følgende situasjonene: i. Et elektron hopper direkte fra energinivå 5 til energinivå 2. ii. Et elektron hopper fra energinivå 2 til energinivå 1. iii. Hvilken type elektromagnetisk stråling får vi i de to tilfellene (synlig lys, infrarødt, osv). e) I de følgende reaksjonsligningene er ett av elementene maskert som A Z X. Finn ut hva A Z X er. Bruk periodetabell for å finne X. Bestem hvilken type reaksjon hver ligning beskriver: 1 2 3 5 1 3 8 A 1 i. 0n+ 9 U2 5 B6 + ZaX + 30 n ii. R 2 3 2 T h 2 2 8 9 0 8 8 a A + Z X iii. A 2 2 7 8 9 c A Z X + 0 e 1 + ν 4. Elektrisitet og elektrostatikk (20%) a) En spenningskilde på 230V driver to 60W lyspærer som er parallellkoblet med hverandre. Lyspærene er merket 1 og 2. Et amperemeter måler strømmen ut fra spenningskilden. Hva er strømmen gjennom hver enkelt lyspære i kretsen? b) I kretsen fra oppgave 4a) setter vi nå inn en motstand R=0,4kΩ som er seriekoblet med lyspære 1. Anta at motstanden i lyspærene ikke har endret seg, og vis ved regning at total motstand i kretsen er R 520Ω. Hva viser amperemeteret i kretsen? Hva er strømmen gjennom lyspære 2? Hva er total effekt i kretsen? Hvor lenge må kretsen stå på før vi har brukt 200kWh? c) Vi har to elektrisk ladde horisontale plater med et homogent elektrisk felt mellom. Elektrisk ladde oljedråper svever i ro i det elektriske feltet. Ladningen på dråpene er -3e, og den elektriske feltstyrken er E = 6,25. 10 12 V/M. Hva er retningen på det elektriske feltet? Hva er massen til oljedråpene? (tips: kraftanalyse)
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 E n = B 2 n P=UI U=RI E=hf v=fλ E=F/q 1 R F=ma 1 1 = + R R 1 2 +.. e=1,60. 10-19 C g=9,81m/s 2 c=2,99. 10 8 m/s h=6,63. 10-34 Js B=2,18. 10-18 J