Opgaver DM i Science for 1.g Kvalifikationsrunde 2015 Tirsdag 27. januar 12-15 Opgave 1: Opgave 2: Opgave 3: Opgave 4: 27 point 10 point 35 point 23 point Holdkode:
Opgave 1 Point: 27 Glaubersalt Stoffet glaubersalt, opkaldt efter den hollandsk- tyske apoteker Johann Rudolf Glauber, har været kendt i århundreder som et effektivt afføringsmiddel. I 1800- tallet fik det endvidere en vigtig rolle som udgangsmateriale i fremstillingen af soda (natriumcarbonat), som bruges i glasproduktionen og som vaskemiddel. Glaubersalt er natriumsulfat med krystalvand. Det vil sige, at det udkrystalliserer med et bestemt antal vandmolekyler pr. formelenhed: Na 2SO 4 x H 2O. Opgaven: Øvelsen går ud på at bestemme krystalvand- indholdet i glaubersalt. I skal altså bestemme x i Na 2SO 4 x H 2O. Derefter skal I bestemme masseprocenten af vand i glaubersalt. Til sidst skal I ud fra givne forsøgsdata beregne, hvordan man også kan bestemme krystalvand- indholdet ved hjælp af en fældningsanalyse. Materialer: Beholder med ca. 10 g glaubersalt Vægt med nøjagtighed på 0,1 g Vejebåd 2 reagensglas i stativ Klemme til reagensglas Bægerglas til at stille reagensglasset i på vægten Bunsenbrænder Lighter/tændstikker Sikkerhedsbriller Periodisk system
Fremgangsmåde: NB: Anvend sikkerhedsbriller til de følgende praktiske operationer! Vej reagensglasset. Afvej derefter ca. 2 g glaubersalt nøjagtigt og overfør det til reagensglasset. Noter resultaterne i boks 1.1. Glaubersalt afgiver sit krystalvand ved opvarmning. Opvarm forsigtigt med bunsenbrænder, pas på sprøjt! Efter at glasset er kølet af et par minutter, vejes det. Noter resultatet i svararkets boks 1.2. Ud fra vejningerne skal I bestemme masserne af Na 2SO 4 og af H 2O i jeres oprindelige portion af glaubersalt. Noter beregninger og resultater i svararkets boks 1.3. Beregn stofmængderne af de to stoffer fra boks 1.3. Noter beregninger og resultater i svararkets boks 1.4. Bestem x, som er antallet af krystalvands- molekyler. Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.5. Beregn masseprocenten af vand i glaubersalt. Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.6. Man kunne også have bestemt krystalvand- indholdet ved en fældningsanalyse. Man opløser glaubersaltet i vand og tilsætter en opløsning af bariumchlorid, hvorved bariumsulfat udfældes. Ved at isolere, tørre og veje bariumsulfaten kan man bestemme mængden af Na 2SO 4 og derefter mængden af vand i prøven. Opskriv reaktionsskemaet med stofformler for fældning af bariumsulfat ved tilsætning af opløst bariumchlorid til opløst natriumsulfat. Noter reaktionsskemaet i svararkets boks 1.7.
Noter reaktionsskemaet på ionform, dvs. på kortest mulige form. Noter i svararkets boks 1.8. I et forsøg tog man 1,15 g glaubersalt og opløste i vand. Man tilsatte en opløsning af bariumchlorid. Der tilsattes stort overskud for at sikre, at alle sulfationer blev fældet. Der blev derefter isoleret 0,82 g bariumsulfat. Hvor stor stofmængde af bariumsulfat blev der isoleret? Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.9. Hvor stor stofmængde af natriumsulfat har der været i de 1,15 g? Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.10. Hvor stor masse af natriumsulfat og hvor stor masse af vand har der været i de 1,15 g? Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.11. Hvor stor stofmængde af vand har der været i de 1,15 g? Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.12. Bestem indholdet af krystalvand i glaubersalt. Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.13. Opløsningen af bariumchlorid, som blev tilsat i starten af forsøget, havde en koncentration på 0,20 M. Hvor stort volumen af denne opløsning skal man mindst tilsætte for at få alle sulfationerne fældet? Noter beregninger og resultat i svararkets boks 1.14.
Opgave 2. 10 points Kartoffelceller og stivelse Stivelsen i kartofler findes i små korn inde i kartoffelcellerne, se figur 4. Når man fremstiller kartoffelmel, er det disse korn, der udvaskes fra kartoflerne. Stivelse kan farves og dermed påvises med en opløsning af di- iod i kaliumiodid, I 2 i KI(aq). Opløsningen kaldes jod- jod- kalium, og det forkortes JJK. Opgaven: Figur 4. Stivelseskorn (farvet med JJK) I skal bestemme synsfeltets diameter og areal ved tre forstørrelsesgrader i et lysmikroskop, og anvende denne bestemmelse til at anslå størrelsen af en kartoffelcelle, samt det omtrentlige antal stivelseskorn i cellen. Materialer: Lysmikroskop med okularlinse 10x, og objektivlinser 4x, 10x og 40x Objektglas Dækglas Rå kartoffel Skalpel Millimeterpapir Saks JJK i dråbeflaske Mikroskopi- trækpapir
Fremgangsmåde: Beregn de tre forstørrelsesgrader, mikroskopet kan give. Angiv svaret i svararkets boks 2.1. Husk begrundelser. Klip et lille stykke millimeterpapir ud, ca. 1 cm x 1 cm, og lav et vådpræparat af det. Dækglas er ikke nødvendigt. Anbring præparatet i mikroskopet, og fokuser på det ved mindste forstørrelse. Bestem synsfeltets diameter ved denne forstørrelse. Tegn hvad du ser i synsfeltet, og angiv svaret i svararkets boks 2.1. Beregn synsfeltets diameter ved de to andre forstørrelsesgrader og Angiv svarene i svararkets boks 2.1. Vis udregningerne. Beregn synsfeltets areal i mm 2 ved de tre forstørrelsesgrader. Angiv svar og udregninger i svararkets boks 2.1. Fremstil et vådpræparat af kartoffel ved at snitte en meget lille og tynd skive kartoffel, anbringe den i en dråbe vand på et objektglas, placere et dækglas over, og mase kartoffelskiven ud ved forsigtigt at trykke på dækglasset. Tegn en skitse af en kartoffelcelle i svararkets boks 2.2, og angiv cellevæg, kerne, cytoplasma og stivelseskorn på skitsen. Tegn i svararkets boks 2.2. Se på præparatet og bestem kartoffelcellernes omtrentlige længde og bredde. Angiv beregninger og resultat i svararkets boks 2.3. Antag at en kartoffelcelle er lige så dyb som den er bred, og beregn dens omtrentlige rumfang. Angiv beregninger og svar i svararkets boks 2.4. Tilfør JJK til præparatet ved at lægge en dråbe JJK ved siden af dækglasset og i kontakt med dette, og træk JJK igennem præparatet ved at placere et stykke trækpapir på den modsatte side af dækglasset. Herved træder stivelseskornene tydeligere frem. Tegn en skitse af et stivelseskorn i svararkets boks 2.5. Bestem antallet af stivelseskorn, der kan ses i en kartoffelcelle. Angiv beregninger og svar i svararkets boks 2.6. Angiv modelberegninger, der kan give et tal for hvor mange stivelseskorn, der er i 100 g kartoffel. Noter modelberegningerne i svararkets boks 2.7.
Opgave 3 35 points Termisk energi og elektrisk strøm Når der går elektrisk strøm gennem en resistor (modstand), afsættes der termisk energi i denne. Sammenhængen mellem strømstyrke og afsat energi kaldes Joules lov. Opgaven: I skal i dette forsøg opvarme en portion vand med en resistor og undersøge, hvordan temperatur- stigningen afhænger af forskellige parametre. Der er to delforsøg i opgaven. Materialer: Låg med dyppevarmer Termobæger Spændingskilde, indstillet til DC og forbundet med to ledninger til låget med dyppevarmeren Termometer Stopur Vægt med nøjagtighed på 0,1 g 5 stk millimeterpapir Plastikpipette og bægerglas til afmåling af vand Fremgangsmåde: Forsøg 1: Afvej præcist 100 g koldt postevand i termobægeret. Placer låget med dyppevarmeren på termobægeret. Mål vandets starttemperatur T start. Tænd for spændingskilden, således at spændingsforskellen er ca. 5 V. Mål vandets temperatur T hvert halve minut i 5 minutter. Husk at omrøre undervejs. Aflæs spændingsforskellen U og strømstyrken I på spændingskilden og noter disse. Noter alle måleresultaterne i tabellen i boks 3.1 på svararket.
Tegn en graf, hvor I afbilder T som funktion af tiden. Tegn den bedste rette linje gennem målepunkterne. Denne graf kaldes Graf 3.1. Bestem konstanterne a og b i den lineære forskrift på Graf 3.1. Noter værdierne af a og b, samt hvordan I har beregnet dem, i boks 3.2 på svararket. Hvad betyder b- værdien i den lineære forskrift? Noter betydningen af b i boks 3.3 på svararket. Husk at vedlægge Graf 3.1 til svararket. Udregn for hvert målepunkt temperaturforskellen ΔT = T T start. Noter resultaterne i tabellen i boks 3.1 på svararket. Tegn en graf, kaldet Graf 3.2, hvor I afbilder ΔT som funktion af tiden. Hvilken matematisk sammenhæng har I hermed vist, at der gælder mellem temperaturforskellen og tiden? Noter resultatet i boks 3.4 på svararket. Husk at vedlægge Graf 3.2 til svararket. Fra varmelæren vides det, at den energi, der skal tilføres for at opvarme et materiale med massen m fra temperaturen T 1 til temperaturen T 2 er givet ved E = m c (T 2 T 1) hvor m er massen og c er en materialekonstant, som kaldes den specifikke varmekapacitet. I dette forsøg skal I regne med at den specifikke varmekapacitet for vand er en konstant, som er givet ved c vand = 4,18 J/(g C) Den tilførte energi til systemet kan beregnes ved følgende sammenhæng hvor P er effekten og t er tiden. E = P t Brug de to formler til at udlede et udtryk for hældningskoefficienten på jeres to grafer. Noter udledningen og udtrykket i boks 3.5 på svararket.
Udregn en værdi for hældningskoefficienten ved brug af udtrykket, I har udledt i boks x5 på svararket. Noter beregning og resultat i boks 3.6 på svararket. Forsøg 2: Afvej igen præcist 100 g koldt vand i termobægeret og mål starttemperaturen af vandet T start. Tænd for spændingskilden og indstil spændingsforskellen til ca. 2 V og mål vandets temperatur efter 1 minut. Afvej endnu engang præcist 100 g koldt vand og gentag samme fremgangsmåde med en ny spændingsforskel. Der skal måles 6 sammenhørende værdier mellem spændingsforskel, strømstyrke og temperatur, hvor spændingsforskellen varierer mellem ca. 2 V og 10 V. Noter alle måleresultaterne i tabellen i boks 3.7 på svararket. Udregn ΔT = T slut T start. Noter beregningerne i tabellen i boks 3.7 på svararket Lav en graf, hvor I afbilder ΔT som funktion af strømstyrken I. Vurder ud fra grafens udseende, hvilken matematisk funktion, der bedst kan beskrive sammenhængen mellem I og ΔT. Sæt kryds ved den rigtige funktion i boks 3.8 på svararket. f(x) Sæt kryds 1 2 3 4 5 Husk at vedlægge Graf 3.3 til svararket. Lav et variabelskift på x- aksen, der efterviser funktionssammenhængen mellem I og ΔT.
Angiv variabelskiftet i boks 3.9 på svararket. Lav en graf (Graf 3.4), hvor I afbilder ΔT som funktion af den nye variabel. Bestem hældningen af grafen. Noter bestemmelsen af hældningen i boks 3.10 på svararket. Husk at vedlægge Graf 3.4 til svararket. Hældningskoefficienten afhænger af modstandens størrelse, således at jo større modstand des større hældningskoefficient. Forestil jer nu, at der ændres på modstanden, således at den bliver længere. Angiv hvilken betydning det har for hældningskoefficienten: større, mindre eller ingen betydning. Sæt kryds det rigtige sted i boks 3.11 på svararket Forestil jer derefter, at der ændres på modstanden, således at den bliver tykkere. Angiv hvilken betydning det har for hældningskoefficienten: større, mindre eller ingen betydning. Sæt kryds det rigtige sted i boks 3.12 på svararket
Opgave 4. 23 points Enzymet katalase udvundet fra plantevæv I alle levende celler dannes der ved cellernes stofskifte til stadighed små mængder af hydrogenperoxid, H 2O 2. Hydrogenperoxid er ekstremt reaktivt og vil hurtigt føre til ødelæggelse af livsvigtige molekyler og processer i cellen, hvis ikke det nedbrydes med det samme. Alle celler er derfor udstyret med et enzym, katalase, som katalyserer omdannelsen af H 2O 2 til vand og dioxygen: Reaktion 1: H 2O 2 à H 2O + O 2 (ikke afstemt) Opskriv den afstemte reaktion i svararkets boks 4.1. Katalase er et meget effektivt enzym med en af de højest målte turnover- hastigheder overhovedet, ca. 800.000 molekyler H 2O 2 pr. sekund. Opgaven: I skal udvinde enzymet fra selleriknolde, og efterfølgende undersøge enzymets effektivitet overfor forskellige koncentrationer af H 2O 2.
Materialer: 150 g frisk selleri 1 stk. skærebræt 1 stk.kniv 200 ml demin. vand 1 stavblender 1 højt bægerglas (500 ml) som kan rumme stavblenderen; bruges også til forsøgsopstillingen! 1 stk.engangskarklud 1 stk.bægerglas (min. 100 ml) 1 stk 10 ml måleglas 1 stk 100 ml måleglas 5 reagensglas i reagensglasstativ 1 stk.250 ml konisk kolbe 1 plasticbalje eller lignende 1 stk. prop med 1 hul til den koniske kolbe 50 ml 20% H 2O 2 (mærket 20% H 2O 2 stamopløsning) 1 engangssprøjte, 10 ml med kanyle 2 korte glas- eller plastrør Stativ og klemmer til opstilling 1 stk. gummislange 25-30 cm lang 1 stk.konisk kolbe 250 ml 1 bægerglas til opsamling af affaldsvæske, mærket Affald 1 tusch til mærkning 4 stk millimeterpapir Sikkerhedshandsker Sikkerhedsbrille
Fremgangsmåde: Skær den udleverede friske selleri i mindre tern og kom dem i bægerglasset. Fyld 100 ml vandhanevand i bægerglasset og blend selleri- vand blandingen til en ensartet masse. Hæld massen over i en engangskarklud, som I efterfølgende vrider over i et bægerglas. Væsken indeholder den katalase, I skal undersøge. Efterfylde med vandhanevand, så I har 250 ml ialt. Mærk glasset Katalase- stamopløsning. Fremstil 4 opløsninger af H 2O 2 (12%, 6%, 3% og 1%) ud fra H 2O 2- stamopløsningen (20%) ved at fortynde med demin. vand. OBS: Bær handsker og øjenbeskyttelse. Ætsende væske. Start med at lave en 12% opløsning ved at tilsætte x ml dem. vand til 12 ml 20% H 2O 2. Noter, hvor meget demin. vand, I har beregnet at der skal tilsættes. Noter i svararkets boks 4.2. Medtag formeludledning og beregning. Fortsæt derefter med de sidste 3 fortyndinger, idet 20%- opløsningen anvendes som udgangspunkt for fortyndingerne. Fortyndingerne overføres til hver sit reagensglas, mærket hhv. 12% H 2O 2, 6% H 2O 2, 3% H 2O 2 og 1% H 2O 2. Noter de anvendte mængder 20% opløsning, der er anvendt til hver fortynding i svararkets boks 4.2. Ønsket 20% 12% 6% 3% 1% koncentration ml demin. H 2O - 17 19 ml 20% H 2O 2-12 6 Konstruer ved hjælp af de udleverede materialer en forsøgsopstilling som vist i figur 1.
Figur 1. Forsøgsopstilling til forsøg med katalase Afmål med måleglas præcis 50,0 ml katalaseopløsning, og overfør dem til en 250 ml konisk kolbe. Tryk kanylen gennem proppen til den koniske kolbe. Sug 3 ml 1% H 2O 2 op i engangssprøjten, og monter den kanylespidsen, så kraven på kanylen lukker tæt. Start forsøget ved at presse opløsningen ned til katalaseopløsning. Aflæs den dannede mængde O 2, der dannes, efter 10, 20, 30, 60 og 120 sekunder. Indfør aflæsningerne i skemaet i svararkets boks 4.3. Noter resultaterne i svararkets boks 4.3. Gentag ovenstående efter at have tømt den koniske kolbe, denne gang med 3% H 2O 2- opløsningen. Noter aflæsningerne i svararkets boks 4.3. Gør tilsvarende med 6-, 12- og 20% opløsningerne. Noter i resultatarkets boks 4.3. Afbild den dannede mængde O 2 som funktion af tid for hver af de 5 substratopløsninger i samme koordinatsystem. Mærk afbildningen Graf 4.1, og vedlæg den svararket. Vedlæg Graf 4.1.
Beregn reaktionshastigheden som hældningen på den afbildede graf ved at anvende den rette linie mellem (0,0) og den første aflæsning (10,x). Gør dette for alle 5 substratkoncentrationer. Noter resultaterne i svararkets boks 4.4. Noter resultaterne i svararkets boks 4.4. Afbild derpå reaktionshastigheden som funktion af hydrogenperoxid- koncentrationen på det vedlagte grafpapir. Mærk afbildningen Graf 4.2, og vedlæg den svararket. Vedlæg Graf 4.2. Fordøjelsesenzymer i menneskets fordøjelseskanal nedbryder de sammensatte fødevarer i vores kost til letoptagelige molekyler, der samtidig er byggesten for vore egne molekyler. Angiv for hver af de nedenstående organiske stofgrupper hvad de nedbrydes til ved at trække forbindende pile fra en stofgruppe til dens nedbrydningsprodukt. Kulhydrater Aminosyrer Fedtstoffer Monosakkarider Proteiner Triglycerider Kernesyrer Nukleotider Noter svaret i svararkets boks 4.5.
Hvilke af følgende fordøjelsesenzymer er IKKE aktive i tolvfingertarmen: a. Trypsin b. Amylase c. Lipase d. Pepsin e. Chymotrypsin Noter svaret i svararkets boks 4.6. Angiv årsagen til at dette enzym ikke er aktivt i tolvfingertarmen. Noter svaret i svararkets boks 4.7. I nedenstående enzymatiske reaktion spalter enzymet laktase disakkaridet laktose til to monosakkarider. I reaktionen mangler der noget. Indsæt det der mangler. Noter svaret i svararkets boks 4.8