Toetsing voor de NLT module Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde

Transcriptie

1 Toetsing voor de NLT module Brandstof voor het leven! Fotosynthese en energie op aarde

2 Toets deel A: CO 2 -productie en compensatie, groei van eendenkroos Een verre reis Je besluit met drie vrienden naar Zuid-Frankrijk te gaan (1450 km). Voor een vakantie in Zuid-Frankrijk is het mogelijk om per auto te reizen of met het vliegtuig te gaan. Drie vragen komen op naar aanleiding van dit dilemma: Wat kost het meeste geld? Wat kost de meeste energie? Wat veroorzaakt de grootste CO 2 -uitstoot? Om antwoord te krijgen worden relevante gegevens verzameld. Gegevens Een Boeiing 747 heeft een fuel-flow van 10 ton/uur. Het vliegtuig kan 500 passagiers vervoeren en heeft een kruissnelheid van 900 km/uur. De verbrandingswaarde van kerosine bedraagt 40 MJ/kg. Kerosine is een mengsel van koolwaterstoffen met gemiddeld de molaire massa van C 13 H 28. De kosten van een retourtje bedragen 350,- Benzine is een mengsel van verschillende koolwaterstoffen en heeft een molaire massa die overeenkomt met C 7 H 16. De dichtheid van benzine is 0,72 kg/liter. De auto die ter beschikking staat rijdt 1:15. Dit houdt in dat je met een liter 15 km kunt afleggen. De kosten van benzine bedragen 1,50 per liter. De verbrandingswaarde van benzine bedraagt 32 MJ/liter. a. Bereken hoeveel brandstof een Boeiing verbruikt voor een reis heen en terug naar Zuid-Frankrijk. Vaak wordt gewerkt met het begrip reizigerskilometer. Bijvoorbeeld: als 10 passagiers 1000 km afleggen in een bus, zijn er reizigerskilometers gemaakt. b. Leg uit hoeveel MJ/reizigerskilometer de reis naar Zuid-Frankrijk kost per vliegtuig en per auto. c. Bij de verbranding van 1 ton kerosine komt ongeveer 3 ton CO 2 vrij. Bereken de CO 2 -uitstoot per reizigerskilometer. d. Geef de reactievergelijking van de volledige verbranding van C 7 H 16. e. Bereken hoeveel CO 2 er vrij komt bij de volledige verbranding van 1 liter benzine. Als de motor niet goed is afgesteld vindt er onvolledige verbranding plaats. f. Komt er bij onvolledige verbranding meer of minder CO 2 per liter vrij? g. Leidt in dat geval de tocht naar Frankrijk tot een grotere CO 2 -uitstoot? Leg uit. Voor de beantwoording van de vraag of de tocht met het vliegtuig tot meer of minder uitstoot van CO 2 leidt, gaan we uit van volledige verbranding van de brandstof en wordt van verdere complicerende factoren afgezien. Om de vergelijking te kunnen maken, moet worden berekend hoeveel CO 2 vrijkomt voor deze reis per passagier. h. Bereken de CO 2 uitstoot per reizigerskilometer voor een autoreis heen en terug met vier personen naar Zuid-Frankrijk. i. Wat is beter voor het milieu: de auto of het vliegtuig? Leg uit. Klimaatcompensatie door boomaanplant Op internet kun je voor een bedrag rond de 30 euro een vliegreis naar New York voor CO 2 -uitstoot laten compenseren. Firma s als Trees for Travel planten voor dit bedrag dan zo n 150 bomen in ontwikkelingslanden. Daarbij wordt er van uitgegaan dat een boom na 50 jaar ongeveer 1 ton heeft vastgelegd.

3 De fotosynthese levert bij een boom in de tropen die de ruimte krijgt, ongeveer 10 kg droge massa per m 2 per jaar. a. Geef de netto-reactievergelijking van de fotosynthese. b. Bereken hoeveel CO 2 nodig is om bij de fotosynthese 10 kg aan koolwaterstoffen te produceren. c. Maak een schatting van het oppervlak wat een volwassen boom inneemt. d. Bereken hiermee hoeveel droge massa de gemiddelde boom in 50 jaar produceert. Verwaarloos daarbij het feit dat het een tijd duurt voordat de boom volwassen is. e. Welke voorzorgsmaatregelen zou Trees for Travel moeten nemen om te zorgen voor echte compensatie voor CO 2 -uitstoot? Groei van eendenkroos Eendenkroos kweken kan minstens zoveel opleveren aan biomassa als de aanplant van bomen. Nodig is dan een kroosveld waar regelmatig wordt geoogst. Drogen van het kroos en vervolgens verbranden ten behoeve van elektriciteitsopwekking vormt een wezenlijk bijdrage aan CO 2 -compensatie. a. Leg dit uit. Er komt toch CO 2 vrij bij de verbranding? Om inzicht te krijgen in de te verwachten opbrengst laat men het kroos een tijdlang groeien waarbij het oppervlak van kroosveld regelmatig wordt gefotografeerd. Aan de hand hiervan kan men vast stellen hoe de hoeveelheid kroos zich ontwikkelt. In onderstaande grafiek zijn de meetresultaten weergegeven. groei van kroos hoeveelheid kroos (kg) ,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 tijd (dag) Reeks1 b. Verklaar de vorm van de curve. Een dergelijk groeiproces wordt gekarakteriseerd m.b.v. de volgende formule: dm dt cm(1 m ) E Hierin is m de massa van het kroos, c is een groeifactor en E = de maximale hoeveelheid kroos die het kroosveld kan bevatten. c. Bepaal m.b.v. de grafiek op het antwoordblad de waarde van dm/dt na 3 dagen en na 6 dagen.

4 d. Als m in de buurt van E komt stopt het kroos met groeien. Leg dit uit aan de hand van de formule. e. Leg uit hoe groot de waarde van E moet zijn. Men voert een kleine starthoeveelheid kroos aan het wateroppervlak toe. Als er eenmaal een flinke hoeveelheid kroos is gevormd, rijst de vraag wanneer er geoogst moet gaan worden en hoeveel er dan onttrokken moet worden. Een manier om het kroos te oogsten is te wachten totdat het veld helemaal vol ligt met kroos en dan het veld helemaal leeg te halen. Daarna kan het proces herhaald worden. f. Als het groeiseizoen ongeveer 100 dagen duurt, hoeveel kg kroos kan dan totaal worden geoogst? Een andere manier is om dagelijks een kleinere hoeveelheid kroos te onttrekken op zo n manier dat de hoeveelheid kroos in de vijver van dag op dag hetzelfde blijft. g. Leg uit op welke dag men in dat geval moet beginnen met oogsten om zoveel mogelijk kroos te kunnen oogsten. h. Bepaal m.b.v. de grafiek hoeveel kroos op die wijze gedurende een groeiseizoen van 100 dagen bij benadering kan worden geoogst.

5 Toets deel B: energie en warmte De gesloten kas De glastuinbouw biedt grote mogelijkheden om iets te doen aan het broeikaseffect. Daarbij gaat het om biomassa en warmte. a. Leg dit uit. In een gesloten kas kan de jaarlijkse opbrengst aan biomassa per m 2 ten gevolge van fotosynthese tot een hoogte worden opgevoerd die ver ligt boven de mogelijke opbrengst buiten de kas. b. Geef twee redenen voor dit verschijnsel. c. Beschrijf hoe de gesloten kas netto energie zou kunnen leveren. Om een broeikas in de zomer af te koelen, zou gebruik gemaakt kunnen worden van een koelsysteem waarbij koud water, stromend door koperen buizen, warmte onttrekt aan de ruimte. d. Leg uit waarom koperen buizen dan het meest geschikt zijn. Bij berekeningen blijkt dat een groot leidingennet van koperbuizen geen geschikt instrument is om warmte af te voeren uit een gesloten kas in de zomer. Voor de gemiddelde tuinbouwkas zouden al gauw vele tonnen koper nodig zijn. De firma Fiwihex heeft echter een warmtewisselaar op de markt gebracht met veel geringere afmetingen. Zie figuren 1 en 2. Figuur 1 Figuur 2 Het principe van deze warmtewisselaar is dat er heel dunne buisjes worden gebruikt om het koelwater doorheen te laten lopen. Zie figuren 3 en 4. Figuur 3 Figuur 4

6 De buisjes zijn ingevlochten in matjes waar ook zeer dunne koperdraden zijn ingeweven (zie figuren 3 en 4). De warmtewisselaar (figuur 2) beschikt over een ventilator die lucht aanzuigt en tussen de matjes door blaast. e. Leg uit waarom de matjes doorvlochten zijn met dunne koperdraden. f. Voor een goed warmtetransport zijn vier smalle buisjes met inhoud V beter dan een bredere buis met inhoud 4V. Leg dit uit. g. Als er lucht langs de koperen buisjes wordt geblazen, verbetert het warmtetransport. Leg dit uit. De warmtewisselaars van Fiwihex hebben een koelvermogen van 25 kw. Ze worden toegepast in grote tuinkassen (zie figuur 1). Deze kunnen een oppervlak hebben van 1 ha. Op een zonnige dag kan de warmtetoevoer van de zon oplopen tot 650 W/m 2. h. Bereken hoeveel warmtewisselaars hier tenminste nodig zijn. Een experiment met warmtegeleiding Om de eigenschappen van de warmtegeleiding te onderzoeken wordt een koperen buis gevuld met heet water en wordt gekeken naar de afkoeling van de buis. Voor dit proces geldt de zogenaamde afkoelingswet van Newton: dtv dt c A * TV a. Hoe luidt deze wet in woorden? b. Wat is de betekenis van de gebruikte symbolen en welke grootheden stellen ze voor? c. Wat is de eenheid van het linkerlid van de vergelijking? d. Wat is de eenheid van de constante c A? Het experiment wordt opgezet. Eerst wordt de omgevingstemperatuur vastgesteld. Deze blijkt 21 o C te zijn. Men registreert de temperatuur in de buis om de 2 minuten. De resultaten staan in de grafiek hieronder.

7 70,00 afkoeling 60,00 Temperatuur (C) 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0,00 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 tijd(min.) e. Bepaal m.b.v. de grafiek op het antwoordblad de waarde van de grootheid dtv/dt op het tijdstip 0. f. Bepaal m.b.v. de grafiek en het antwoord bij vraag e de waarde van de afkoelconstante c A van de buis.

8 Toets deel C over fotosynthese 1. Bij de fotosynthese gebruiken planten koolstof uit om suiker en andere organische moleculen te maken. a) water b) koolstofdioxide c) chlorofyl d) de zon e) de bodem. 2. Welke van de volgende organismen is niet in staat om fotosynthese uit te voeren? a) een bacterie b) een dennenboom c) een paddenstoel d) zeewier e) algen. 3. Hoe komt koolstofdioxide het blad binnen? a) door de chloroplasten b) door het pallisadenparenchym c) door de thylakoïden d) door de huidmondjes e) door de houtvaten. 4. In spinazie is het chlorofyl aanwezig in. a) de chloroplasten, die in de pallissadeparenchymcellen in de thylakoïden van een blad aanwezig zijn. b) de pallissadeparenchymcellen, die in de thylakoïden van de chloroplasten van een blad aanwezig zijn. c) de thylakoïden, die in de pallissadeparenchymcellen in de chloroplasten van een blad aanwezig zijn. d) de chloroplasten, die in de thylakoïden in de pallissadeparenchymcellen van een blad aanwezig zijn. e) de thylakoïden, die in de chloroplasten in de pallissadeparenchymcellen van een blad aanwezig zijn. 5. In welk deel van de chloroplasten vind je de chlorofyl moleculen? a) in de grana b) in het stroma c) in de huidmondjes d) in het plasmamembraan e) in het Golgi apparaat.

9 6. Door experimenten met behulp van isotopen is aangetoond wat de bron is van de zuurstof die tijdens de fotosynthese geproduceerd wordt. De zuurstof komt uit. a) koolstofdioxide b) glucose c) radio-isotopen d) water e) licht. 7. Wat is, tijdens de fotosynthese, de bestemming van de zuurstofatomen uit CO 2? Ze eindigen. a) als moleculaire zuurstof b) in suiker moleculen c) in water d) als moleculaire zuurstof en in suiker moleculen e) in suiker moleculen en in water. 8. Moleculaire zuurstof wordt geproduceerd tijdens. a) de glycolyse b) alle reacties in de fotosynthese c) de Calvincyclus d) aërobe verbranding e) de elektronentransportketen. 9. De reacties van de Calvincyclus zijn niet direct afhankelijk van licht, maar ze vinden meestal niet s nachts plaats. Waarom niet? a) s nachts is het vaak te koud om deze reacties te laten plaatsvinden b) s nachts neemt de koolstofdioxideconcentratie af c) de Calvincyclus is afhankelijk van producten uit de licht reactie d) s nachts openen planten normaal gesproken hun huidmondjes e) s nachts kunnen planten geen water produceren en dat is nodig voor de Calvincyclus. 10. Het onderdeel van de fotosynthese dat de Calvincyclus wordt genoemd vindt plaats in. a) de thylakoïde membranen b) de binnenste ruimte van het thylakoïd c) het stroma d) de huidmondjes e) de binnenmembraan van mitochondriën. 11. Welke van de onderstaande fotonen bevat de meeste energie? a) een groen foton b) een geel foton c) een blauw foton d) een oranje foton e) een rood foton.

10 12. De belangrijkste rol van pigmenten bij de fotosynthese is. a) het binden van lichtenergie b) het beschermen tegen schadelijke ultraviolette straling c) het opslaan van energie in glucose moleculen d) energie uit glucose moleculen halen e) het opslaan van energie in de vorm van ATP. 13. In welk gebied vallen de golflengtes van licht dat geabsorbeerd wordt door pigmenten in een blad? a) groen, dat is waarom planten groen zijn b) blauwviolet en roodoranje c) het hele spectrum van wit licht d) infrarood e) het gebied dat door carotenoïden geabsorbeerd wordt. 14. Engelmann heeft d.m.v. experimenten bepaald bij welke golflengtes van licht het meeste fotosynthese plaatsvond. Met andere woorden, Engelmann heeft gemeten. a) een effectief spectrum b) een absorptie spectrum c) een elektromagnetisch spectrum d) een zichtbaar licht spectrum e) een actie spectrum. 15. Als chloroplasten licht absorberen,. a) worden sommige moleculen daarin gereduceerd b) verliezen ze potentiële energie c) raken hun elektronen in aangeslagen toestand d) wordt de Calvincyclus gestopt e) raken hun fotonen in aangeslagen toestand. 16. Wat wordt er gevormd door het reactiecentrum, het antennecomplex en de primaire elektronenacceptoren bij elkaar in de thylakoïdmembranen? a) het fluorescentie centrum b) het fotosysteem c) de elektronentransportketen d) de koolstoffixatie-eenheid e) het elektromagnetisch spectrum. 17. Waar komen de elektronen vandaan die bij fotosysteem II nodig zijn? a) van andere chlorofyl moleculen b) van ATP c) van cytochroom f d) van licht e) van water.

11 18. Tijdens de fotosynthese wordt er in de chloroplasten zuurstof gevormd uit via een serie reacties in samenwerking met. (Geef de meest directe associatie aan) a) CO 2 fotosysteem II b) H 2 O fotosysteem II c) CO 2 de Calvincyclus d) H 2 O fotosysteem I e) CO 2 fotosysteem I en de Calvincyclus. 19. Tijdens de fotosynthese wordt er een elektronentransportketen gebruikt om. a) NADH te transporteren van de licht reactie naar de Calvincyclus b) aangeslagen elektronen te transporteren van P700 naar een primaire elektronenacceptor c) aangeslagen elektronen te transporteren van P680 naar een primaire elektronenacceptor d) elektronen te transporteren van fotosysteem II naar fotosysteem I e) aangeslagen elektronen te transporteren van P700 naar een elektronenacceptor en aangeslagen elektronen te transporteren van P680 naar een elektronenacceptor. 20. Wat wordt er gecirculeerd in het cyclische gedeelte van de licht reacties? a) elektronen b) ATP c) NADPH d) DPGA e) geen van de bovenstaande. 21. Zowel mitochondriën als chloroplasten. a) gebruiken een protongradiënt om ATP te produceren b) halen elektronen uit water c) reduceren NAD + en vormen NADP d) hebben zuurstof als bijproduct e) zijn omgeven door een enkel membraan. 22. Tijdens fotosynthese in een eukaryote cel wordt er een hoge concentratie eiwitten gevormd (of geaccumuleerd) in. a) het thylakoïdmembraan b) de binnenste thylakoïdruimte c) het stroma d) de huidmondjes e) de matrix. 23. De lichtreacties van de fotosynthese zorgen voor hoogenergetische elektronen welke eindigen in. De licht reactie produceert ook en. a) ATP NADPH zuurstof b) zuurstof suiker ATP c) chlorofyl ATP NADPH d) water suiker zuurstof e) NADPH ATP zuurstof

12 24. De energie die gebruikt wordt om ATP te produceren in de licht reacties is afkomstig uit. a) de verbranding van suiker b) de splitsing van water c) beweging van H + (protonen) door een membraan d) koolstoffixatie e) fluorescentie. 25. Wat is de rol van NADP + tijdens de fotosynthese? a) Het assisteert chlorofyl bij het absorberen van licht. b) Het functioneert als de primaire elektronenacceptor voor de fotosystemen. c) Het is een deel van de elektronentransportketen en maakt ATP. d) Het assisteert fotosysteem II in het splitsen van water. e) Het wordt gereduceerd en brengt dan de elektronen naar de Calvincyclus. 26. Wat gebeurt er niet tijdens de lichtreacties? a) zonlicht omzetten in chemische energie b) ATP en NADPH maken c) CO 2 reduceren d) aangeslagen elektronen transporteren van chlorofyl naar een elektronenacceptor e) fotonen absorberen. 27. Rubisco is. a) het enzym in planten dat als eerste CO 2 fixeert aan het begin van de Calvincyclus b) het enzym dat verantwoordelijk is voor de splitsing van H 2 O om O 2 te produceren tijdens de fotosynthese c) het enzym dat een C4-verbinding vormt in het CAM metabolisme d) het eerste stabiele intermediair in het CAM metabolisme e) het C5-molecuul dat reageert met CO 2 om de Calvincyclus te beginnen. 28. In de Calvincyclus wordt CO 2 gecombineerd met. a) een C2-molecuul voor de vorming van een C3-verbinding b) een C5-verbinding om een instabiele C6-verbinding te vormen die uiteenvalt in twee C3-verbindingen c) een C7-verbinding voor de vorming van twee C4-verbindingen d) een C5-verbinding voor de vorming van een stabiele C6-verbinding die direct omgezet kan worden in glucose e) twee C2-verbindingen voor de vorming van een C5-verbinding. 29. Glyceraldehyde-3-fosfaat wordt geproduceerd in het stroma van de chloroplasten. Wat is waar over deze verbinding? a) Het wordt tijdens de glycolyse geproduceerd uit glucose. b) Het wordt geproduceerd uit pyruvaat voordat het de mitochondriën ingaat. c) Het is een aminozuur dat gebruikt wordt om eiwitten te maken. d) Het is een onderdeel van fotosysteem I. e) Het is een unieke verbinding voor fotosynthese.

13 30. Welke van de volgende combinaties geeft op een goede manier de verschillende bijdragen aan de Calvincyclus weer met de daarbij behorende rol binnen de cyclus? a) koolstofdioxide: hoog energetische elektronen ATP: energie NADPH: koolstof b) koolstofdioxide: koolstof ATP: energie NADPH: hoog energetische elektronen c) koolstofdioxide: hoog energetische elektronen ATP: koolstof NADPH: energie d) koolstofdioxide: energie ATP:koolstof NADPH: hoog energetische elektronen e) koolstofdioxide: waterstof ATP: koolstof NADPH: energie 31. Wat is de rol van NADP + tijdens de fotosynthese? a) Het speelt een rol bij de productie van ATP tijdens de licht reacties. b) Het absorbeert licht energie. c) Het is een deel van fotosysteem II. d) Het is de primaire elektronenacceptor. e) Het vormt NADPH dat gebruikt kan worden tijdens de Calvincyclus. 32. Het gebruik van C 3 planten als gewassen is in sommige gebieden gelimiteerd omdat ze op hete en droge dagen hun huidmondjes sluiten. Wat gebeurt er als ze hun huidmondjes sluiten? a) Het vermindert het waterverlies. b) Het voorkomt dat koolstofdioxide het blad binnenkomt. c) Er wordt zuurstof geproduceerd tijdens de lichtreacties in het blad d) Al het bovenstaande. 33. Waarom zijn C 4 -planten meer aangepast aan hete klimaten dan C 3 -planten? a) Ze sluiten hun huidmondjes niet bij heet, droog weer. b) In tegenstelling tot C 3 -planten blijven ze koolstof fixeren, zelfs als de concentratie koolstofdioxide in het blad laag is. c) Ze zijn geëvolueerd in koud weer, maar vervolgens gemigreerd naar de tropen waar ze meer geschikt voor zijn. d) Ze stellen fotosynthese uit als het heet is. e) Dezelfde cellen die koolstof fixeren voeren de Calvincyclus uit. 34. Je hebt een grote, gezonde philodendron (kamerplant), deze laat je in totale duisternis achter als je op vakantie gaat. Als je terugkomt van je vakantie ben je verbaasd als je ontdekt dat de plant nog steeds leeft. Wat heeft de plant als energiebron gebruikt in het donker? a) Zelfs als de plant de lichtreacties niet uit kan voeren dan kan de plant nog steeds suikers produceren omdat er geen licht nodig is voor de Calvincyclus. b) Toen de plant nog wel licht had, heeft ze energie opgeslagen in de vorm van suikers of zetmeel en terwijl je op vakantie was kon de plant energie halen uit die moleculen. c) Zelfs als de plant geen zichtbaar licht krijgt kan ze gebruik maken van het korte golf gedeelte van het elektromagnetische spectrum (gamma- en röntgenstraling) om fotosynthese uit te voeren. d) Als er geen licht energie beschikbaar is kunnen planten energie halen uit anorganische moleculen. e) Geen van de bovenstaande beweringen is juist.

14 35. Waar komen de elektronen vandaan die bij fotosysteem I nodig zijn? a) van andere chlorofyl moleculen b) van ATP c) van cytochroom f d) van licht e) van water.

15 Toetsvragen groeimodellen Vraag 1 Hieronder staat een tabel met de meetgegevens van een proef met eendenkroos met t de tijd en h de hoeveelheid eendenkroos. t h a. Voer deze gegevens in op je GR en maak een stippengrafiek. b. Zoek met de GR een formule bij deze grafiek. c. Welk verzadigingsniveau wordt er op den duur bereikt? d. Aan het begin is er sprake van vrijwel exponentiële groei. Wat is dan de groeifactor? Vraag 2 Hiernaast zie je een tabel van de lichaamslengte van Nederlandse kinderen van 0 21 jaar. Als je van de gegevens van de jongens een grafiek zou maken dan zou je zien dat de grafiek vanaf de leeftijd van 9 jaar op een S-kromme lijkt. a. Voer de gegevens van de jongens (vanaf 9 jaar) in op je GR en teken de stippengrafiek. Probeer je window zo mooi mogelijk in te stellen. Welk window gebruik je? b. Zoek met de GR een formule voor deze grafiek. c. Hoe lang schat je dat de gemiddelde jongen uiteindelijk wordt als je naar de stippengrafiek kijkt? En hoe lang wordt de gemiddelde jongen uiteindelijk volgens de formule? Licht je antwoord toe.