Studieretningsopgave 2.g

Nedenstående opgaveformuleringer er indsendt af kemikollegaer. De inddeles efter studieretninger. Det betyder at visse næsten identiske opgaveformuleringer kan forekomme. Forskellen kan være vægtningen af fagene.

Emne: Undersøgelse af en lineær sammenhæng i kemi

Område: Kemi: Spektrofotometrisk analyse i kemi. Matematik: Lineære modeller og lineær regression
Farvestoffer tilsættes en række fødevarer, heriblandt sodavand. Disse farvestoffer kan være syntetisk fremstillede eller udtræk fra naturprodukter. Der er grænser for hvor stor en mængde af sådanne farvestoffer, der må tilsættes fødevarer. Du skal udføre en kvantitativ undersøge indholdet af farvestof i en udvalgt sodavand. Det eksperimentelle arbejde udføres på skolen.
Opgaveformulering:

• Redegør for det valgte farvestofs kemiske opbygning
• Redegør for den matematiske model som Lambert-Beers lov er udtryk for
• Fremstil absorptionsspektre af såvel det rene farvestof som findes i den valgte sodavand, og af sodavanden selv
• Fremstille en standardkurve for farvestoffet opløst i vand
• Benyt lineær regression, som udgangspunkt for en kvantitativ bestemmelse af indholdet af farvestoffet i sodavanden
• Redegør for den matematiske baggrund for lineær regression
• En grundig redegørelse for anvendte eksperimentelle metoder

Emne: Spektrofotometri

1. Du bedes give en kort redegørelse for den spektrofotometriske målemetode.
2. Du skal lave målinger over Lambert-Beers lov både med hensyn til variation af koncentration og lysvejlængde (kuvettebredde).
3. Med basis i målingerne over koncentrationsvariationen skal du bestemme stofmængden i en prøve med et ukendt indhold.
4. Hvis det er muligt kan metodens præcision sammenlignes med en kendt målemetode.

Emne: Titrerkurver

I laboratoriet skal I udføre to titreringer: henholdsvis saltsyre og eddikesyre med natriumhydroxid. Der optegnes titrerkurver og koncentrationen af natriumhydroxiden beregnes.

På baggrund af det teoretiske stof beregnes pH for udvalgte punkter på kurverne og sammenlignes med de eksperimentelle resultater.

Ud fra de matematiske formler for pH-beregning opstilles en funktion for eddikesyre-kurvens forløb. Denne teoretiske titrerkurve optegnes og sammenlignes med den eksperimentelle.

Læsestof:
Isis Kemi C side 112 – 119
Isis Kemi B side 86 – 91, 96 – 97
Gyldendals Gymnasiematematik B1 Grundbog side 77-78, 133-138, 196-198.

Emne: pH

1. Der ønskes en generel redegørelse for logaritmisk skala. Herunder konstruktion og egenskaber
2. pH-beregninger generelt og specielt i svage syrer og baser, i puffere og i amfolytter. Regn nedenstående opgave. Udfør øvelsen: Titrering af fosforsyre i cola. Der ønskes både en kolorimetrisk titrering og en potentiometrisk titrering. (evt. med elektronisk dataopsamling). Der udarbejdes en titrerkurve. Fosforsyrens koncentration ønskes bestemt, både i mol/L og i mg/L. Der ønskes også en bestemmelse af pK_s for fosforsyre samt pK_s for dihydrogenfosfationen.
3. Giv andre eksempler på logaritmiske skalaer, f.eks. decibelskalaen.

Ad 2: Opgave:
På TI-89 findes formlen "taylor" ved at taste F3-9: taylor.
taylor(f(x),x,n,x_o) beregner et approximerende n’tegradspolynomium til funktionen f(x) med udgangspunkt i x_o
En funktion er givet ved f(x) =x²/(0,1-x)

1. Bestem et approximerende 2.gradspolynomium p(x) til funktionen f(x) med udgangspunkt x_o = 0.
2. Udfyld dernæst skemaet: 

   x	0,005	0,01	0,015	0,02
   f(x)
   p(x)

3. Hvilken relation har denne opgave til udledning af formlen for pH i en svag syre?

Emne: Nikotin

Nikotin er det stof i tobak som er vanedannende - egentlig er det tobaksplantens måde at beskytte sig mod insektangreb på. Man bliver både fysisk og psykisk afhængig af stoffet efter en periode. Nikotin findes i cigaretrøg som ladede molekyler, da tobakkens i cigaretter er let sur, nikotin i cigaretrøg optages derfor primært i lungerne hvor pH-værdien er ca. 7,4.
Surhedsgraden af cigarrøg, pibetobakrøg og nikotintyggegummi er derimod neutralt til basisk er og i dette miljø er nogle af nikotinmolekylerne ikke ladede, hvorved de lettere optages i organismen allerede i munden.
Nikotin optages lettest igennem vævet, når nikotinen findes på den neutrale form uden ladning. Ladede molekyler har sværere ved at blive transporteret gennem cellemembranen. Nikotin kan optage to protoner, hvorfor der findes to pKs-værdier og dermed to ligevægte af syre og korresponderende base. Nikotin-H⁺ er derved en amfolyt.

1. Giv en biologisk og kemisk redegørelse for forskellige vigtige stoffer i tobakken - specielt nikotin, herunder hvilke fysiologiske indvirkninger de kan have på vores organisme.
2. Fremstil et bjerrumdiagram for nikotin i dets 3 former, og gør rede for hvorfor surhedsgraden har betydning for optagelse af nikotin i organismen.
3. Gør rede for hvilken form nikotin primært findes på i hhv. cigaretrøg hvor pH-værdien er ca. 6 og cigarrøg hvor pH-værdien er ca. 7 - 8, samt hvor kan man forestille sig at nikotin optages i organismen ved de 2 former for røg.
4. Ammoniak bruges som tilsætningsstof i visse cigaretter. Hvilken betydning kan det have for optagelse af nikotin i organismen?
5. Undersøg eksperimentelt surhedsgraden af røg for forskellige tobaksvarer og redegør for resultaterne.
6. Undersøg eksperimentelt de fysiologiske virkninger af rygning ved puls og blodtryksmåling samt hudtemperatur og forklar resultaterne fysiologisk.

Emne: Alkoholgæring

1. Forklar hvad der adskiller en gæringsproces i forhold til en fuldstændig oxidation. Herunder ønskes der ud fra valgte eksempler en vurdering af ATP – udbyttet ved de to omsætningsformer.
2. Redegør konkret for de enkelte trin i omsætningen af glukose til ethanol hos gærceller og damkarudser. Under hvilke omstændigheder foretager disse organismer alkoholgæring?
3. Udfør øvelsen: Gæring af sukker med gærceller. Du skal måle udviklingen (dannelsen) af CO₂ ved gæringsprocessen hver dag i 14 dage. Målingen kan f. eks. foretages ved vejning.
4. Der ønskes en generel redegørelse for regression. Beskriv hvad lommeregneren gør, når den foretager en regression.
5. Opskriv måletallene i en tabel og undersøg om der er en sammenhæng (lineær, eksponentiel eller potentiel) mellem tid og CO2 – udvikling. Opskriv funktionsforskriften og forklar hvad tallene i forskriften betyder.
6. Opskriv et reaktionsskema for reaktionen og udregn, hvor meget alkohol, der er dannet.
   Sammenlign teoretisk og eksperimentel værdi og beregn den procentvise forskel.

Kommentar: Opgaven er egentlig tænkt til en matematik-biologi studieretning, men dele kan være en inspiration til en studieretningsopgave, hvori kemi indgår.

Emne: Alkohol

1. Der ønskes en redegørelse for alkoholens biologiske effekter på nervesystemet
2. Du skal med basis i egne eksperimentelle erfaringer redegøre for et par metoder til bestemmelse af ethanolindholdet i 2 forskellige typer alkoholiske drikkevarer.
3. Der ønskes en biologisk og kemisk vurdering af alkoholens fysiologiske skadevirkninger på vores krop.

Emne: Opioider

1. Du skal eksperimentelt gøre dig erfaringer med fremstilling af en ester ved hjælp af et carboxyl-syreanhydrid, som eddikesyreanhydrid. Desuden skal du bestemme en esters opløselighed i vand, og hvorledes opløseligheden ændres når en vandig opløsning bringes i kontakt med renset benzin. 
2. Diskuter hvordan opioderne påvirker nervesystemet, herunder dets smertelindrende og dets euforiske virkninger.
3. De opnåede erfaringer bør sættes i perspektiv og vurderes med hensyn til hvordan den kemiske bearbejdning af råopium (morfins omdannelse til heroin) påvirker opioidernes optagelse og virkning i kroppen.

Emne: Brintsamfundet

Undersøg hvilke gasser der dannes, når man laver elektrolyse af vand. Kom bl.a. ind på følgende:

1. Hvordan man ser, at der dannes gasser
2. Hvilke gasser, der dannes
3. Hvilken elektrode de forskellige gasser kommer fra, og hvorfor der dannes mere gas ved den ene af elektroderne
4. Hvilke elektodeprocesser der sker ved elektrolyse af vand

Undersøg i hvor høj grad en hydrogencelle, hvor der via elektrolyse laves hydrogen og oxygen, som efterfølgende omdannes til elektricitet i brændselscellen, kan udnytte energien.

Beskriv fordele og ulemper ved brintsamfundet – et samfund baseret på energi fra brint. Kom bl.a. ind på følgende:

1. Fordele/ulemper ved at bruge brint i biler
2. Fordele/ulemper ved at bruge en brændselscelle til at producere el og varme i et hus
3. Hvordan kan brugen af brint mindske den globale opvarmning?
4. Et af problemerne med strøm fra især vindmøller, men også andre vedvarende energikilder, er at strømmen produceres på tidspunkter, hvor der ikke er brug for den. Hidtil har man ikke kunnet lagre energien på en rentabel måde. Forklar, hvordan brintpillen kan afhjælpe dette problem.

Emne: Gasser og tryk

På baggrund af egne forsøg og litteraturlæsning skal I gøre rede for gassers egenskaber som beskrevet nedenfor.

Med udgangspunkt i et forsøg udført i laboratoriet (lightergas) gøres rede for hvordan den (gennemsnitlige) molare masse af en gas kan bestemmes eksperimentelt. I skal gøre rede for forsøgets udførelse og de tilhørende beregninger.
I skal formulere og forklare Daltons lov og gøre rede for dens betydning for lightergasforsøget.
I skal redegøre for hvorledes trykket varierer med højden, dels i en væske, dels i atmosfæren.
For væsker skal I eksperimentelt undersøge trykket af en vandsøjle.

I skal ud fra data fra Tromsø finde en regneforskrift for trykket i atmosfæren som funktion af højden. Se data der er taget med en vejrballon i Tromsø, disse viser bl.a. sammenhængende værdier af lufttrykket og højden. Data kan findes på …

Læsestof:
Orbit 1 side 202- 204 og side 218-219
Isis Kemi C side 68 – 71

Emne: Varmelære. Brændværdibestemmelse og undersøgelse af Hess lov

1. Du skal redegøre for og ved brug af skolens udstyr bestemme brændværdien for en alkohol.
2. Du skal redegøre for og ved brug af skolens udstyr i 2 forskellige tilfælde undersøge gyldigheden af Hess lov.
3. Med kendskab til vands og carbondioxids dannelses-entropier (-varmer) og resultatet fra brændværdiforsøget skal der beregnes en dannelses-entropi (-varme) for den anvendte alkohol.

Emne: Ledningsevne

Område: Fysik: Faste stoffers ledningsevne. Kemi: Opløsningers ledningsevne.

Opgave: For faste stoffer skal du: 

1. Redegøre for, hvad der forstås ved et stofs ledningsevne.
2. På atomart plan redegøre for forskellen mellem isolatorer, halvledere og ledere.
3. Definer begrebet ”resistivitet”.
4. Ud fra målinger bestemme resistiviteten for forskellige materialer.

For opløsninger skal du:

1. Ud fra målinger bestemme sammenhængen mellem en dyppecelles resistans, elektrodeafstanden og elektrodearealet.
2. Redegøre matematisk for sammenhængen mellem en elektrolyts konduktivitet og molare koncentration.
3. Du skal udføre en konduktometrisk titrering af en syreblanding og herved bestemme begge de to syres koncentrationer. Titrerkurven skal forklares og analyseres matematisk.
4. Gør grundigt rede for den eksperimentelle metode. Du vil i kemidelen få udleveret et forlag til øvelsesvejledning.

Det eksperimentelle arbejde skal foregå på skolen. 

Emne: Kemisk spændingsforsyning

Opgave: Du skal lave en kemisk spændingsforsyning:

1. Du skal i detaljer gøre rede for, hvordan man kan lave en kemisk spændingsforsyning – et element. Du skal bruge Daniell- elementet som eksempel.
2. Du skal lave et Daniell-element i laboratoriet på skolen. Du skal vha. Nernsts lov vælge ionkoncentrationerne, så hvilespændingen bliver størst mulig.

På den kemiske spændingsforsyning skal der foretages en række målinger:

1. Mål spændingsforsyningens elektromotoriske kraft.
2. Mål kortslutningsstrømmen.
3. Mål polspændingen som funktion af strømstyrken.
4. Undersøg den indre resistans afhængighed af størrelsen på en ydre belastning, ydre resistans.
5. Undersøg ved hvilken ydre resistans der bliver afsat størst effekt i denne.

For spændingsforsyningen skal der også laves en teoretisk model:

1. Lav en matematisk model for spændingsforsyningen.
2. Lav en matematisk model for den afsatte effekt i en ydre resistans.
3. Beregn hvilken størrelse den ydre resistans skal have, for at der blive afsat størst mulig effekt i den. Sammenhold resultatet med de eksperimentelle målinger.

Det eksperimentelle arbejde skal foregå på skolen.

Nedenfor findes en række løse ideer til emner. De kan måske udvikles til opgaveformuleringer. Send også gerne løse ideer, som andre eventuelt kan arbejde videre med til egentlig opgaveformuleringer.

Emne: Kemisk ligevægt og matematisk funktionsanalyse (matematik og kemi)

Udgangspunkt i kemisk ligevægt, løsning kan føre til 2., 3. eller 4. gradspolynomier, som skal analyseres. Vurdering af hvad er en realistisk løsning. Simple ligevægtsforsøg, fx estersyntese, jern(III)thiosulfat.

Emne: Undersøgelse/analyse af lineære sammenhæng i kemi (matemati og kemi)

Spektrofotometri og standardkurver, lineær regression og matematikken bag, nitrit/nitratbestemmelse, proteinbestemmelse i skummetmælk, kobber i mønter, farvestoffer i sodavand (2.g kun et farvestof), ledningsevnemålinger (titrering af blanding af to syrer med base ved ledningsevnemåling), termodynamik.