2017 SACAI-WINTERSKOOL FISIESE WETENSKAPPE NOTAS

Transcriptie

1 2017 SACAI-WINTERSKOOL FISIESE WETENSKAPPE NOTAS

2 Formaat van vraestel EKSAMENRIGLYNE p 4 Vraestel 1 Tydsduur Totaal Datum Nasien 3 ure 150 Oktober/November Ekstern Tipe vrae 10 veelkeuse vrae 20 punte Gestruktureerde vrae 130 punte DIE WERK KAN SLEGS DEEGLIK VERSTAAN EN WEERGEGEE WORD AS GENOEG TYD AAN ʼn WYE REEKS EKSAMENTIPE VRAE SPANDEER WORD. Gebruik die EKSAMENRIGLYNE om die definisies te leer. Gebruik die inligtingsblaaie van 2015 of 2016 om te oefen.

3 ALGEMENE OPMERKINGS: GRAAD 11 WERK: Newton se wette en toepassing van Newton se wette Elektrostatika Elektriese Stroombane MAAK SEKER HOE OM ʼn WETENSKAPLIKE SAKREKENAAR TE GEBRUIK, ASOOK VAN DIE NODIGE WISKUNDIGE VAARDIGHEDE WAT NODIG IS IN BAIE VAN DIE VERGELYKINGS EN FORMULES IN FISIKA. ALLE NUL WAARDES MOET IN ALLE BEREKENINGE GETOON WORD. BEGIN ELKE BEREKENING IN MEGANIKA, VERAL PROJEKTIELBEWEGING DEUR DIE BEWEGINGSRIGTING AAN TE DUI AAN DIE BEGIN VAN DIE VRAAGOPLOSSING. DIE RIGTING VAN GRAVITASIEVERSNELLING (g = 9,8 m. s -2 ) VERANDER NIE IN ʼn VRAAG NIE, MAAR BLY VOORTDUREND DIESELFDE. IDENTIFISEER VEKTOR HOEVEELHEDE DADELIK EN BESLUIT WATTER RIGTING IS + OF VOORDAT DIE BEREKENING AANGEPAK WORD. ALLE VEKTOR HOEVEELHEDE MOET ʼn EENHEID EN RIGTING Hê SAAM MET DIE ANTWOORD. (ook nul-waardes) PUNTE WORD TOEGEKEN VIR: KORREKTE FORMULE, KORREKTE INVERVANGING, KORREKTE ANTWOORD MET EENHEID. GEEN PUNTE SAL TOEGEKEN WORD AS ʼn VERKEERDE OF IRRELEVANTE FORMULA GEBRUIK IS, AL IS DAAR DALK RELEVANTE SIMBOLE EN TOEPASBARE INVERVANGING.

4 NEWTON SE BEWEGINGSWETTE Teken van kragtediagramme en vrye liggaamsdiagramme; Identifiseer die verskillende kragte wat op die voorwerp inwerk/ verskaf gepaste byskrifte vir elke krag; Bereken die netto/ resultante krag; Bereken die verskillende kragte wat op die voorwerp inwerk deur gebruik te maak van relevante vergelykings/ formules). VRYE LIGGAAMSDIAGRAMME WORD DIKWELS VERWAR MET KRAGTEDIAGRAMME. GEEN EKSTRA KRAGTE MAG OP DIE VRYE LIGGAAMS- OF KRAGTEDIAGRAM AANGEDUI WORD NIE. DIE KOMPONENTE VAN GRAVITASIEKRAG EN GRAVITASIEKRAG WORD NIE GESAMENTLIK OP ENIGE DIAGRAMME AANGEDUI NIE. KRAGTE MOET VOORSIEN WORD VAN KORREKTE BENAMINGS. PYLTJIES DUI DIE RIGTINGS VAN DIE KRAGTE AAN.

5 KRAGTEDIAGRAM VRYE LIGGAAMSDIAGRAM SLEUTEL VIR KRAGTEDIAGRAM: F N = normaalkrag f = wrywing F A = toegepaste krag F g = gravitasiekrag OF W = gewig Sien VRAAG 5.1 NOVEMBER 2015

6 VERHOUDINGS F net = ma OF a α F NET / m WANNEER ʼn RESULTERENDE/ NETTO KRAG OP ʼn VOORWERP INWERK, VERSNEL DIE VOORWERP IN DIE RIGTING VAN DIE KRAG TEEN ʼn VERSNELLING DIREK EWEREDIG AAN DIE KRAG EN OMGEKEERD EWEREDIG AAN DIE MASSA VAN DIE VOORWERP. Hierdie verhouding moet ingeoefen word deur van numeriese waardes gebruik te maak bv As F 3 keer groter word dan sal a ook 3 keer groter word en omgekeerd. NEWTON SE UNIVERSELE GRAVITASIEWET ELKE LIGGAAM IN DIE HEELAL TREK ELKE ANDER LIGGAAM AAN MET ʼn KRAG DIREK EWEREDIG AAN DIE PRODUK VAN HUL MASSAS EN OMGEKEERD EWEREDIG AAN DIE KWADRAAT VAN DIE AFSTAND TUSSEN HULLE MASSAMIDDELPUNTE. ʼn Aantrekkingskrag F bestaan tussen twee voorwerpe. Gee die nuwe aantrekkingskrag tussen die voorwerpe as die massa van die een voorwerp verdubbel en die afstand tussen die twee voorwerpe halveer.

7 VERANDERING IN MOMENTUM p mv mv f i WORD DIKWELS VERWAR MET DIE BEHOUD VAN MOMENTUM pb pa E P BO = E K ONDER IN PLAAS VAN (Ek + Ep) aanvanklik/ by punt A = (Ek + Ep) finaal/ by punt B Sien VRAAG 3.5 November 2015

8 ELEKTRIESE VELDE Teken elektriese veldpatrone vir die volgende groeperings: n Enkele puntlading; Twee puntladings (een negatief, een positief OF beide positief OF beide negatief); n Gelaaide sfeer; Bereken die elektriese velde vir puntladings en die netto elektriese veld mbv die addissie van vektore; Bepaal die rigting van die elektriese velde en die korrekte substitusie van + of tekens in vergelykings; Onderskei tussen elektriese veldsterkte en die krag wat ervaar word, as n ander lading in die veld geplaas word;

9 WERK, ENERIE EN DRYWING Onderskei tussen die verskillende vorms van energie in ʼn situasie; Identifiseer wie die werk verrig; Bereken die netto werk verrig deur van toepaslike vergelykings gebruik te maak; Identifiseer die kragte op ʼn skuinsvlak en bereken die werk verrig deur die kragte wat op die skuinsvlak uitgeoefen word; Kies die korrekte vergelykings en maak gebruik van die korekte hoek as werkverrigting deur die verskillende kragte bereken word. MEGANIESE ENERGIE BLY NET BEHOUE AS DAAR GEEN WRYWING IS NIE. AS WRYWING TEENWOORDIG IS, MOET DIE WERK VERRIG DEUR NIE-KONSERWATIEWE KRAGTE GEBRUIK WORD. W nk = Ek + Ep Ff x cosθ = Ek finaal Ek aanvanklik + Ep finaal Ep aanvanklik OF (Ek + Ep) aanvanklik/ by punt A = (Ek + Ep) finaal/ by punt B - Wwrywing

10 ARBEID-ENERGIESTELLING: DIE NETTO/TOTALE ARBEID VERRIG OP ʼn VOORWERP IS GELYK AAN DIE VERANDERING IN KINETIESE ENERGIE VAN DIE VOORWERP OF DIE ARBEID VERRIG OP DIE VOORWERP DEUR ʼn RESULTERENDE/NETTO KRAG IS GELYK AAN DIE VERANDERING IN KINETIESE ENERGIE VAN DIE VOORWERP. In symbole: W net = K = K f - K i Pas die arbeid-energiestelling toe op voorwerpe op die horisontale, vertikale en skuinsvlakke (vir beide wrywinglose en ruwe oppervlakke). Sien VRAAG 5.4 November 2015

11 ELEKTRIESE STROOMBANE: Bereken die totale weerstand vir serie en parallelle resistors; Bereken die stroomsterkte en potensiaalverskil vir serie en parallelle resistors; Bereken EMF; drywing en elektriese energie deur die gepaste vergelykings te kies; Los stroombaanprobleme, met interne weerstand, op wat serie-parallel netwerke van resistors behels (maksimum vier resistors).

12 DIE FOTO-ELEKTRIESE EFFEK Gebruik verskillende vergelykings vir berekeninge, Vertolk en verklaar grafieke; Onderskei tussen verskillende tipes energie betrokke; Verduidelik die verhouding tussen golflengtes; frekwensie en energie van die fotons. E = W o + E k Hoë frekwensie lig (f) E = hf c = fλ c = 3 x 10 8 m. s -1 Foto-elektrone vrygestel: Kinetiese energie (E k = ½mv 2 ) Metaal met spesifieke frekwensie: drumpelfrekwensie (f o ) Omskakeling van km h -1 to m s -1

13 GRAFIEKE: ONAFHANKLIKE VERANDERLIKE: Die veranderlike wat verander of wat beheer word deur die wetenskaplike eksperiment wat die effek van die afhanklike veranderlike toets. (Gewoonlik op x-as) AFHANKLIKE VERANDERLIKE: Die veranderlike wat getoets en gemeet word gedurende die wetenskaplike eksperiment. Die veranderlike is afhanklik van die onafhanklike veranderlike. Soos wat die eksperiment die onafhanlike verander, sal die effek op die afhanklike veranderlike waargeneem en gerekordeer word. (Gewoonlik op y-as) GEKONTROLLEERDE VERANDERLIKES: ʼn Gekontrolleerde veranderlike word konstant gehou gedurende die epsperiment. TEKEN VAN GRAFIEKE: Verskaf ʼn gepaste opskrif Benoem die asse (met eenhede) Plot die waardes Trek ʼn gepaste lyn deur die oorpsprong. Gradient = y/ x

14 Formaat van vraestel EKSAMENRIGLYNE p 4 Vraestel 2 Tydsduur Totaal Datum Nasien 3 ure 150 Oktober/November Ekstern Tipe vrae 10 veelkeuse vrae 20 punte Gestruktureerde vrae 130 punte DIE WERK KAN SLEGS DEEGLIK VERSTAAN EN WEERGEGEE WORD AS GENOEG TYD AAN ʼn WYE REEKS EKSAMENTIPE VRAE SPANDEER WORD. Gebruik die EKSAMENRIGLYNE om die definisies te leer. Gebruik die inligtingsblaaie van 2015 om te oefen.

15 ALGEMENE OPMERKINGS: GRAAD 11 WERK: EKSAMENRIGLYNE P 14 Chemiese veranderinge Gebalanseerde chemiese vergelykings Stoichiometriese berekeninge Intermolekulêre kragte Moenie voetskrifte en opskrifte verwar nie. C n H 2n Punte word verbeur as enige waterstowwe uit die verbinding ontbreek. Die metielsyketting mag nie as ʼn gekondenseerde formula aangeheg word nie, bv CH 3 O I II - C C H I I EKSTRA BINDING

16 Intermolekulêre kragte en interatomiese kragte (chemiese bindings) Noem en verduidelik die verskillende intermolekulêre kragte (Van der Waalkragte): i. Dipool-dipool-kragte: Kragte tussen twee polêre molekule. ii. Geïnduseerde dipoolkragte of London-kragte: Kragte tussen nie-polêre molekule. iii. Waterstofbindings: Kragte tussen molekule waarin waterstof kovalent gebind is aan stikstof, suurstof of fluoor ʼn spesiale geval van dipool-dipool-kragte Beskryf die verskil tussen intermolekulêre kragte en interatomiese kragte (intramolekulêre kragte), deur gebruik te maak van ʼn diagram van n groep klein molekule.

17 Fisiese eienskappe van verbindings en intermolekulêre kragte: Die verwantskap tussen intermolekulêre kragte en molekuulgrootte. Hoe groter die molekule, hoe sterker is die intermolekulêre kragte. Vir nie-polêre molekule neem die sterkte van geïnduseerde dipoolkragte toe met molekuul grootte. Die invloed van intermolekulêre kragte op kookpunt, smeltpunt en dampdruk. Kookpunt: Die temperatuur waarby die dampdruk van die vloeistof gelyk is aan atmosferiese druk. Hoe sterker die intermolekulêre kragte, hoe hoër die kookpunt. Propanoȉese suur het twee waterstofbindings tussen sy molekules asook Londonkragte. Meer energie word benodig om hierdie twee waterstofbindings te breek. Dus, propanoȉese suur het ʼn hoër kookpunt as die ester. OF Die ester het dipool-dipool kragte asook Londonkragte tussen sy molekules. Hierdie intermolekulêre kragte is swakker as die in propanoȉese suur. Minder energie word benodig om hierdie kragte te oorkom. Dus het die ester n laer kookpunt as die propanoȉese suur.

18 Dampdruk: Die druk uitgeoefen deur ʼn damp in ewewig met sy vloeistof in ʼn geslote sisteem. Hoe sterker die intermolekulêre kragte, hoe laer die dampdruk. Indien die kookpunt toeneem, neem die dampdruk af. Moenie kettinglengte gebruik om die verskil in dampdruk te verduidelik nie. Moenie verwys na sterk en swak waterstofbindings nie, dit is nie korrek nie. Ester het swak dipool-dipool kragte en Londonkragte tussen sy molekules. Min energie is nodig om hierdie intermolekulêre kragte te oorkom. Dus sal die ester meer molekules in die gasfase hê as die propanoȉese suur. OF Propanoȉese suur het sterk waterstofbindings en swak Londonkragte tussen sy molekules. Meer energie word benodig om hierdie sterker kragte te oorkom. Dus sal propanoȉese suur minder molekules in die gasfase hê as die ester.

19 ORGANIESE MOLEKULES: Homoloë reeks: Ketone Molekulêre formule: C 4 H 8 O Strukturele formule: Gekondenseerde strukturele formule:

20 Isomere: EKSAMENRIGLYNE P 18 Strukturele isomere: Organiese molekule met dieselfde molekulêre formule, maar verskillende struktuurformules. Ketting isomere: Dieselfde molekulêre formule, maar verskillende tipes kettings, bv. butaan en 2-metielpropaan.

21 Posisionele isomere: Dieselfde molekulêre formule, maar verskillende posisies van die syketting, substituente of funksionele groepe op die stamketting, bv. 1-choropropaan en 2-chloropropaan of but-2-een en but-1-een.

22 Funksionele isomere: Dieselfde molekulêre formule, maar verskillende funksionele groepe, by. metielmetanoaat en etanoësuur..

23 BENAMING VAN VERBINDINGS: H H H H H H C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 H H Cl Cl sien VRAAG 2 November 2015 Stap 1: Identifiseer die funksionele groep. Stap 2: Vind die langste koolstofketting wat die funksionele groep bevat. Die aantal koolstowwe sal die naam van die stam bepaal. Stap 3: Nommer die koolstowwe van die koolstofketting. Begin nommer by die trippel- of dubbelbinding/ funksionele groep/ syketting. Stap 4: Merk die sykettings. Stap 5: Kombineer die elemente se name van die verbinding in een word in die volgende orde: sykettings, voorvoegsels alfabeties, naam eindig volgens funksionele groep. Stap 6: Gebruik kommas en afkaptekens korrek. 4,5-dichloorpent-2-een

24 Esterfikasie: ALKOHOL + KARBOKSIELSUUR ESTER H H H H O H H O H H H H C C O H + H C C C O H 2 SO 4 H C C O C C C H + H O H H H H H H H H H Etanol Propanoësuur etielpropanoaat

25 Hidrohalogenasie: Die addisie van 'n waterstofhalied aan ʼn verbinding Halogenasie: Die reaksie van 'n halogeen (Br 2, Cl 2 ) met ʼn verbinding Hidrasie: Die addisie van water aan ʼn verbinding

26 Hidrogenasie: Die addisie van waterstof aan ʼn alkeen

27 Eliminasie reaksies: Dehidrohalogenasie van haloalkane: Die eliminasie van waterstof en ʼn halogeen uit ʼn haloalkaan Reaksie toestande: Hitte Sterk gekonsentreerde basis opgelos in warm etanol Dehidrasie van alkohole: Eliminasie van water uit ʼn alkohol

28 Kraking of alkane: Die chemiese proses waarin langer ketting, koolwaterstof-molekule afgebreek word in korter, meer bruikbare, molekule. Reaksie toestande: Hoë temperatuur en hoë druk

29 Onderskei tussen versadigde en onversadigde koolwaterstowwe deur gebruik te maak van broomwater: Etaan en broomwater (oplossing X) sal substitusie ondergaan. As jy broomwater by etaan voeg, sal die oplossing rooi/bruinrooi/bruin word. it is n stadige reaksie. Dit vat baie energie om die kovalente binding te breek en die broom atome op die molekule te substitueer. Die kleur van die oplossing sal dof word of sal ligter word oor ʼn periode van tyd. Eteen en broomwater (oplossing X) sal addisie ondergaan. Dit is n vinnige reaksie. Dit vat min energie om die dubbelbinding te breek en die twee broom atome op die molekule te plaas. Die kleur van die oplossing sal onmiddelik van donker bruin na kleurloos verander.

30 Polimeer: Eksamenriglyne p 20 ʼn Groot molekuul wat uit kleiner monomeer-eenhede bestaan wat kovalent aan mekaar gebind is in ʼn herhalende patroon. Monomeer: Klein organiese molekule wat kovalent aan mekaar gebind kan word in ʼn herhalende patroon. Polimerisasie: ʼn Chemiese reaksie waarin monomeermolekule verbind om ʼn polimeer te vorm. Addisie polimerisasie: ʼn Reaksie waarin klein molekule verbind om baie groot molekule te vorm deur byvoeging by dubbelbindings. Addisiepolimeer: ʼn Polimeer wat gevorm word wanneer monomere (wat gewoonlik ʼn dubbelbinding bevat) verbind deur ʼn addisiereaksie. Kondensasie polimerisasie: Molekule van twee monomere met verskillende funksionele groepe ondergaan kondensasiereaksies met die verlies van klein molekule, gewoonlik water. Kondensasiepolimeer: ʼn Polimeer wat gevorm word deur twee monomere met verskillende funksionele groepe wat aan mekaar skakel in ʼn kondensasiereaksie waarin ʼn klein molekuul, gewoonlik water, verloor word.

31

32 Eksotermiese en endotermiese reaksies: EKSOTERMIESE REAKSIE ENDOTERMIESE REAKSIE

33 Chemiese ewewig en faktore wat chemiese ewewig beïnvloed: Fe 3+ (aq) + SCN - (aq) FeSCN 3+ (aq) H < 0 geel kleurloos rooi FAKTOR: VOLGENS LE CHATELIER: REAKSIE BEVOORDEEL: REDE: GEVOLGTREKKING: Temperatuur verlaag Sal die sisteem die temperatuur wil verhoog Die voorwaartse reaksie word bevoordeel. Die reaksie wat energie vrystel sal bevoordeel word, dus die eksotermiese reaksie. Dus, die oplossing word rooi, [Fe 3+ ] sal afneem [SCN - ] sal afneem [FeSCN 3+ ] sal toeneem.

34 Suur-basis reaksies: Arrhenius teorie: n Suur is ʼn stof wat waterstofione (H + )/hidroniumione (H 3 O + ) vorm wanneer dit in water oplos. ʼn Basis is ʼn stof wat hidroksiedione (OH - ) vorm wanneer dit in water oplos. Lowry-Brønsted teorie: ʼn Suur is ʼn protonskenker (H + ioon-skenker). ʼn Basis is ʼn proton-ontvanger (H + -ioon-ontvanger). Sterk sure ioniseer volledig in water om ʼn hoë konsentrasie H 3 O + -ione te vorm. Swak sure ioniseer onvolledig in water om ʼn lae konsentrasie H 3 O + -ione te vorm. Gekonsentreerde sure/basisse bevat ʼn groot hoeveelheid (getal mol) suur/basis in verhouding met die volume water. Verdunde sure/basisse bevat ʼn klein hoeveelheid (getal mol) suur/basis in verhouding met die volume water. HCl is ʼn monoprotiese suur H 2 SO 4 is ʼn diprotiese suur

35 gekonjugeerde suur-basispare: suur 1 basis 1 basis 2 suur 2 Hidrolise: Hidrolise van die sout van ʼn swak suur en ʼn sterk basis vorm n alkaliese oplossing, m.a.w. die ph > 7. Voorbeelde van sulke soute is natriumetanoaat, natriumoksalaat en natriumkarbonaat. Hidrolise van die sout van ʼn sterk suur en ʼn swak basis vorm n suuroplossing, m.a.w. die ph < 7. ʼn Voorbeeld van so ʼn sout is ammoniumchloried. Die sout van ʼn sterk suur en ʼn sterk basis ondergaan nie hidrolise nie en die oplossing van die sout sal neutraal wees, m.a.w. ph = 7.

36 ph = -log[h 3 O + ].

37 ELEKTROLITIESE SELLE Elektriese energie na chemiese energie Elektrone vloei van anode na katode + elektrode: anode - elektrode: katode oksidasie: reduksie: Verlies van elektrone Wins van elektrone Cl 2 (g) Cl - (aq) + e - Cu 2+ (aq) + 2e - Cu (s) reduseermiddel oksideermiddel

38 GALVANIESE SELLE Kamertemperatuur: 25 o C Chemiese energie na elektriese energie Konsentrasie 1 mol. dm -3 Elektrone vloei van anode na katode Selnotasie: Zn(s)/Zn 2+ (aq) (1 mol dm -3 )//Cu 2+ (aq) (1 mol dm -3 )/Cu(s) Soutbrug Anode: - elektrode Oksidasie: Zn Zn e - Verlies van elektrone Reduseermiddel Zn 2+ (aq) Cu 2+ (aq) Katode: + elektrode Reduksie: Cu e - Cu Wins van elektrone Oksideermiddel

39 Soutbrug: Die soutbrug tree op as ʼn oordragmedium wat ione toelaat om deur te vloei sonder dat die verskillende oplossings meng en direk reageer. Dit laat ʼn balansering van ladings in die elektroliet-oplossings toe en laat toe dat die reaksies in die sel voortgaan. ʼn Soutbrug nodig om die stroombaan te voltooi. Kunsmis Industrie (N, P, K): Bereken die persentasie kalium in die kunsmis: 4:5:10 (42) %K = 10/19 x 42 = 22,1% Bereken die massa van die stikstof teenwoordig in ʼn 15 kg sak kunsmis: 13:5:5 (48) 13/23 x 48/100 x 15 = 4,069 kg

40