university of kwazulu-natal, howard college campus godine/11/olimp11os... · web view8th...

8th International Junior Science OlympiadDurban, South AfricaTheoretical Examination: 5 December 2011Part 1: Biology

8th International Junior Science Olympiad

Durban, South Africa

Theoretical Examination: Part 2 - Chemistry

5 December 2011

Duration: 3 hours Total Marks: 30 EXAMINATION RULES1. All competitors must be present at the front of examination room 15 minutes before

the examination starts.

2. No competitors are allowed to bring any stationery and tools except his/her personal medicine or any personal medical equipment.

3. Each competitor has to sit at his or her designated desk.

4. Before the examination starts, each competitor has to check the stationery and any tools (pen and calculator) provided by the organiser.

5. Each competitor has to check the question and answer sheets. Raise your hand, if you find any missing sheets. Start after the bell rings.

6. During the examination, competitors are not allowed to leave the examination room.

7. If a competitor needs to use the bathroom he/she must raise his/her hand and an examination supervisor will escort you.

8. The competitors are not allowed to communicate with other competitors and disturb the examination. In case any assistance is needed, a competitor may raise his/her hand and the nearest supervisor will come to help.

9. There will be no questions or discussion about the examination problems. The competitor must stay at his/her desk until the time allocated for the examination is over, although he/she has finished the examination earlier or does not want to continue working.

10. At the end of the examination time there will be a signal (the ringing of a bell). You are not allowed to write anything on the answer sheet, after the allocated time is over. All competitors must leave the room quietly. The answer sheets must be left on your desk.


Read the following instructions carefully:

1. The time available is 3 hours.

2. The theoretical examination question paper is in 3 parts. Check that you have a complete set of theoretical questions and the corresponding answer sheets. The question paper consists of 21 pages.

3. Use only the pen provided.

4. Write down your name, seat number, country and signature on the first page of your answer sheet. You will only need to write down your name and seat number on the next pages of your answer sheet.

5. Carefully read each problem and write the correct answer and show all your working (calculations) on the answer sheet.

6. Full marks will only be awarded if all your calculations are shown on the answer sheet.

7. After completing your answers, your answer sheet should be left on your desk.

Grading rules: According to the marks shown for each question.

ПОДАЦИ:

Aвогадров број = 6.022 × 1023 mol-1

Фарадејева константа = 96485 C mol-1

R = 8.314 J mol-1 K-1

1.0 l = 1.0 dm3

1.0 atm = 101 325 Pa

Периодни систем елемената се налази на последњој страни


QUESTION 1

Advancements in medical technology have made it possible for doctors to determine whether

the baby has abnormal chromosomes before birth. An example of such technology is

amniocentesis, represented in Figure 1, which is done during the 18th week of pregnancy.

Study Figure 1 below and answer the following questions.

Courtesy: Department of Basic Education

Figure 1

(a) Match the parts indicated by A, B and C (from Figure 1) in Column X with one

corresponding structure or part indicated by numerals in Column Y on the answer

sheet.

Column X Column Y

A. ….B. ….C. ….

I. Liquid which serves as shock absorber.II. Liquid which contains red blood cells to carry oxygen. III. Structure which represents the stage of human development

from 3-9 months during pregnancy.IV. A structure which represents the stage of human development

from 1-2 months during pregnancy.V. Structure which dilates during first stage of birth/parturition.VI. Site where fertilization takes place.VII. Structure which is shed during menstruation.VIII. Myometrium (Muscular wall).

(1.5 marks)


(b) State whether the following is true or false by placing a tick (√) in the appropriate box

on the answer sheet.

Amniocentesis cannot be carried out during the 36th week of pregnancy because…

True False

(i) … the amniotic fluid will not contain cells.

(0.25 mark)

(ii) …there is a greater possibility of injuring the foetus.

(0.25 mark)

(0.5 mark)

(c) Study the following chromosomal map (Figure 2).

Figure 2


(i) Circle the letter in the answer sheet which corresponds to the symptom(s) of the genetic

disorder which can be detected using the chromosomal map in Figure 2.

A. Lacks or has inadequate presence of clotting factor VIII.

B. Low muscle tone, intellectual disability and short stature.

C. Sticky mucus blocks air passages in lungs.

(0.5 mark)

(ii) The genetic disorder shown in the chromosomal map in Figure 2 is autosomal. State

whether this is true or false by placing a tick in the appropriate box on the answer

sheet.

(0.25 mark)

(iii) Circle the correct letter in your answer sheet to complete the following statement.

The sex of the child shown by the chromosomal map in Figure 2 is…

A. female because it has 23 pairs of chromosomes.

B. male because it has 23 pairs of chromosomes.

C. male because it has identical sex chromosomes.

D. female because it has identical sex chromosomes.

(0.5 mark)

(d) Many hormones play a vital role during pregnancy. Study the following list of

hormones.

M. Oxytocin

N. Prolactin

O. Oestrogen

P. Progesterone

Complete the sentences below by placing a tick (√) in the most appropriate box in the

answer sheet.

Protein

Amino acids

-NH2

AmmoniaUrea

Uric acid

A


M N O P

(i) The hormone which is released in large quantities by the

pituitary gland to facilitate the process of child birth/parturition

is…

(ii) The hormone which is produced in large quantities by the

placenta and helps to maintain the endometrium is …

(0.5 x 2= 1 mark)

QUESTION 2

Study the flow chart which is based on excretion of nitrogenous wastes in animals.


The following are the explanations for arrow A.

A. Arrow A represents a decreasing amount of water needed for the process of excretion.

B. Arrow A represents a decreasing amount of energy required for the formation of the

nitrogenous waste.

C. Arrow A represents an increasing amount of water needed for the process of excretion.

D. Arrow A represents an increasing amount of energy required for the formation of the

nitrogenous waste.

Choose the two correct statements and write the corresponding letters on the answer sheet.

(0.75 mark x 2 = 1.5 mark)

QUESTION 3 - Photosynthesis

Study the following graphs showing the effect of environmental factors on the rate of

photosynthesis and answer the questions that follow.

Figure 3a Figure 3b


Indicate whether the following statements are true or false by placing a tick in the appropriate

box in the answer sheet.

True False

A. A further increase in light intensity beyond point (c) in Figure 3a

will significantly increase the rate of photosynthesis.

(0.25 mark)

B. In Figure 3a, beyond point (c) light intensity is the limiting factor

on the rate of photosynthesis.

(0.25 mark)

C. In both figures, the plant is only respiring and not

photosynthesizing at point (a). (0.25 mark)

D. The plant has reached maximum rate of O2 production at point (d)

in Figure 3b and the rate of photosynthesis may remain at a constant

level.

(0.25 mark)

(1 mark)


QUESTION 4 Renewable energy: Biofuel production

Energy crops, such as wheat, maize, rape seed, sugarbeet, ley crops and willow, are being

investigated for their potential use as alternative fuel sources to fossil fuels. These crops are

grown at a low cost, have a high energy yield and can be used to make various kinds of

biofuels such as biogas, biodiesel, and ethanol. Table 1 below shows data comparing the

production of different biofuels from selected energy crops.

Table 1

Type of crop Gross energy yield

(GJ/hectare/year)

Energy input in production and

conversion (GJ/hectare/year)

I. Ethanol II. Biogas III. Biodiesel I. Ethanol II. Biogas III. Biodiesel

A. Wheat 65 85 - 40 30 -

B. Sugarbeet 115 130 - 60 65 -

C. Rape seed - - 30 - - 10

D. Ley crops - 75 - - 25 -

E. Maize - 125 - - 35 -

F. Willow 65 - - 30 - -

Adapted from: Borjesson and Mattiasson (2007)

(a) Calculate the net energy yield of biogas for the crops A, B, D and E in GJ/hect/year.

Show all your calculations. (0.25 x 4 = 1 mark)

(b) Write the letter which corresponds to the crop that produces the highest net energy

yield in biogas. (0.25 mark)

(c) From the non-gas biofuels, select the letter which corresponds to the crop which

yields the highest net energy in GJ/hect/year. (0.5 mark)


(d) Replacing fossil fuels with biofuels will potentially reduce greenhouse gas emissions.

Figure 4 below shows the average carbon dioxide (CO2) emissions from fossil fuels

and biofuels.

Adapted from: Borjesson & Mattiasson (2007)

Figure 4: Average net yield of CO2 emissions from production and combustion of

fossil fuels and biofuels

Answer the following questions by referring to Figure 4.

(i) If diesel is replaced with biodiesel, what is the estimated percentage reduction in CO2

emissions? Show your calculation.

(1 mark)

(ii) Which biofuel is most favourable in reducing the release of carbon dioxide?

Biodiesel Biogas Ethanol Methanol

(0.5 mark)

End of Biology Questions

Fossil fuels and biofuels

8th International Junior Science OlympiadDurban, South AfricaTheoretical Examination: 5 December 2011Part 2: Chemistry

Киселине имају важну улогу у животу; Оне дају киселкаст укус "гуменим медведи-

ћима" , изазивају киселе кише које кородирају споменике и историјске објекте. Познат

је, на пример 30 милона долара вредан пројекат обнове кипа слободе. Киселине су

важне у многим филмовима о Џемс Бонду у којима носи златно наливперо напуњено

киселином. Када би ухапсили Бонда киселином би нагризао гвожђе и ослободио се.

Питање 1

1.1

Хлороводоник је лако направити реакцијом концентроване H2SO4 са NaCl. Напишите

једначину равнотеже за овај процес.

на чврсти Hydrogen chloride can be conveniently prepared by the action of concentrated

H2SO4 on solid NaCl. Give a balanced equation for this process.

(0.5 mark)

1.2

Означи исказ у Табели 1са словом из табеле 2 коме одговара разумном објашњењу овог

запажања

(0.25 поена)

Табела 1:

NaCl је у чврстом стању на собној температури, и топи се на 804 °C.

Табела 2:

Разлог за NaCl

A Ковалентно привлачење Na+ и Clˉ резултује у привлачним јонским унутармолекулским силама

B Електростатичко привлачење Na+ и Clˉ резултује у привлачним јонским унутармолекулским силама

C Електростатичко привлачење Na+ и Clˉ резултује у привлачним јонским међумолекулским силама

D Ковалентно привлачење Na и Cl атома резултује у неутралној соли.


1.3

(i) Хлор и флуор су у истој групи периодног система. Када се њихова водонична

једињења раставрају у води један даје јаку киселину а други слабу. Напишите

формулу за слабу киселину и формулу за јаку киселину и јасно означите која је

слаба а која јака.

(0.25 поена)

(ii) Означите који су од наведених исказа тачни а који нетачни.

1. Водониково једињење флуора има већу енергију дисоцијације него исто

једињење хлора.

2. Хлор има већу електронегативност од флуора.

3. Међумолекулске силе у водониковом једињењу флуора су веће од

међумолекулских сила у водониковом једињењу хлора.

4. Водониково једињење флуора има вишу тачку кључања од водониковог

једињења хлора.

5. Водониково једињење флуора има водоничну везу и у течном и гасовитом

стању.

(1.25 поена)

1.4

У Јужној Африци се флуороводонична киселина производи као споредни производ

процеса производње фосфорне киселине из фосфатних стена, посебно флуороапатита.

Испаравање споредног производа, хидроген флуорида, добије се користан производ

који се користи за пречишћавање воде преко следеће неуравнотежене реакције

SiO2(s) + HF → A(g) + B(l)

Напишите хемијску формулу за A и B и уравнотежену једначину.

(0.75 поена)


1.5

Означите које су све смеше раствора буфер, а које нису. State whether each of the

following mixtures of solutions are buffers or not.

Смеше раствора Да Не

A HCl + H2SO4

B HF + H2O

C HF + NaF

D HF + у вишку NaOH

E HCl + у вишку NaOH

(0.5 поена)

1.6

Колико се H+ јона налази и једној капи (0.050 cm3) чисте воде на 25 °C? (Густина воде

= 1.0 g cm-3). Прикажите сав ваш рачун.

(1.0 поен)

Питање 2

Man-made извори различитих загађивача могу реаговати у атмосфери и стварати киселе

падавине. Један од добро познатих примера је избацивање сумпор оксида сагоревањем

угљоводоничних горива. Други извор ових оксида су индустријски процеси као што је

контактни процес за производњу сумпорне киселине.

У стању 2 контактног процеса одвија се следећа реакција:


2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) ΔH = -197 kJ mol-1


2.1

За делове од (i) – (iii) изабери исказе који тачно комплетирају дате реченице

choose the statement which correctly completes the given sentences.

(i) Сагласно Ле Шатељеовом принципу, претходну реакцију поспешује:

A. ниска температура и висок притисак

B. ниска температура и низак притисак

C. висока температура и висок притисак

D. висока температура и низак притисак

(0.25 поена)

(ii) У стварности ови услови нису остварени из следећих разлога:

A. На ниској температури се реакција успорава па није економски оправдано чекати

стварну равнотежу. На ниском притиску се дешавају неочекиване споредне

реакције.

B. На високој температури реакција је веома брза тако да је тешко контролисати

настајање производа реакције. На ниском притиску се дешавају неочекиване

споредне реакције.

C. На ниској температури се реакција успорава, па није економски оправдано чекати

стварну равнотежу. За висок притисак би било веома скупо подићи хемијску

фабрику која би га могла издржати.

D. На високој температури реакција је веома брза тако да је тешко контролисати

настајање производа реакције. За висок притисак би било веома скупо подићи

хемијску фабрику која би га могла издржати.

(0.5 поена)


(iii) Проблем описан у (ii) је могуће решити са:

A. производњом посуда за реакцију од јаког наноматеријала.

B. Извођењем реакција у инертној атмосфери.

C. коришћењем суперкритичних флуида уместо гасних реактаната.

D. Каталитичком конверзијом.

(0.25 поена)

2.2

Израчунајте pH воденог раствора 0.25 mol dm-3 H2SO4 на 25 °C. Претпоставите потпуну

дисоцијацију.

(0.5 поена)

2.3

До које коначне запремине треба разблажити 75.0 cm3 раствора 10.0 mol dm-3 H2SO4 за

добијање 1.75 mol dm-3 H2SO4 раствора? Прикажите све рачунске кораке.

(0.5 поена)

2.4

Колика је запремина у cm3 раствора 0.101 mol dm-3 NaOH потребна за достизање крајње

тачке комплетне титрације 10.0 cm3 узорка 0.138 mol dm-3 H2SO4? Прикажите све

рачунске кораке.

(0.75 поена)

2.5

Које реакције се јављају на свакој електроди при електролизи тазблажене H2SO4?

(1.0 поен)


2.6

Запремина од 500 dm3 SO2 је ибачена из фабрике у лучком граду Richards Bay,

лоцираном KwaZulu-Natal области у Јужној Африци. Претпоставите да је притисак на

нивоу мора 1.20 atm, и да је температура у време избацивања била 31.2 °C. Одредите

густину овог узорка гаса ако је транспортован у балону до мезосфере на висину од 51.2

km, где је температура -81.2 °C и где је притисак 0.0122 % од притиска на нивоу мора.

(1.75 поена)

Крај питања из хемије

8th International Junior Science OlympiadDurban, South AfricaTheoretical Examination: 5 December 2011Part 3: Physics

Део 3 Физика - Теоријска питања

Питање 1

Оптичка клупа се састоји од следећих делова:

Сијалица са влакном које се понаша као предмет

Бели екран на покретном постољу.

Сабирно сочиво жижне даљине 10 cm, постављено на покретни држач.

(a) Растојање између сочива и влакна је фиксирано на 12 cm, и екран је постављен

тако да се на њему види јасан лик влакна.

Одговорите на следећа питања стављањем крстића у одговарајуће или

одговарајућа поља на листу за одговоре.

iii. Које од наредних изјава описују природу лика влакна?

(0.5 поена)

Реалан Имагинаран Увећан Умањен

(ii) Ако се горња половина сочива прекрије црним папиром, шта ће се десити са

ликом влакна?

(0.5 поена)

Неће бити лика

влакна

Видећете доњу

половину влакна

Видећете горњу

половину влакна

Видећете лик

целог влакна


(iii) Затим је сочиво уклоњено са држача. Шта се десило са ликом влакна?

(0.5 поена )

Неће бити лика

влакна

Видећете увећан

лик влакна

Видећете

усправан лик

влакна

Видећете слаб лик

влакна

(b) Прво сабирно сочиво је склоњено, а на његово место је стављено друго сабирно

сочиво непознате жижне даљине. Положај сочива и екрана је тако подешен да се

на екрану види јасан лик влакна. Растојање између сочива и екрана је тада 30 cm.

Затим је стављено расипно сочиво на 16 cm од сабирног, са његове десне стране.

Екран је морао бити удаљен за додатних 20 cm од сабирног сочива да би се на

њему формирао јасан лик влакна.

Одредите жижну удаљеност расипног сочива.

(2 поена)

Питање 2

(a) Седећи у седишту Ferris-овог точка путник масе 50 kg се креће се по

вертикалном кругу полупречника 35 m. Точак ротира константном брзином тако

да један обртај начини за 50 s. Одредите силу којом седиште делује на путника

када се седиште налази на дну круга.

Убрзање Земљине теже износи 9.8 m s-2.

(1.5 поена)


(b) На слици је шематски приказан мали блок масе m везан за један крај ужета

дужине L1, које је фиксирано на другом крају. Блок се креће равномерно по

хоризонталној кружници по столу без трења. Други мали блок исте масе m је

везан за први ужетом дужине L2 и такође се креће равномерно по кружници, као

на слици. Ако је период кружења T, изведите израз за силу затезања FT1, у ужету

L1, у функцији датих величина.

(2 поена)

Питање 3.

У неком акцелератору честица струја од 600 A потиче од кретања снопа протона у

коме сваки протон има кинетичку енергију 9.6 ×10−13 J. Полупречник пресека снопа

износи 1.50 mm. Маса протона износи 1.67 ×10−27kg, a наелектрисање 1.6 × 10-19 C.

а) Одредиите брзину протона. (1 поен)

б) Одредите колико се протона налази у јединици запремине овог снопа. (2 поена)

Крај питања из физике

1 18

1

H1.008 2

Периодни систем13 14 15 16 17

2

He4.003

3

Li6.941

4

Be9.012

5

B10.81

6

C12.01

7

N14.01

8

O16.00

9

F19.00

10

Ne20.18

11

Na22.99

12

Mg24.31 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13

Al26.98

14

Si28.09

15

P30.97

16

S32.07

17

Cl35.45

18

Ar39.95

19

K39.10

20

Ca40.08

21

Sc44.96

22

Ti47.88

23

V50.94

24

Cr52.00

25

Mn54.94

26

Fe55.85

27

Co58.93

28

Ni58.69

29

Cu63.55

30

Zn65.39

31

Ga69.72

32

Ge72.61

33

As74.92

34

Se78.96

35

Br79.90

36

Kr83.80

37

Rb85.47

38

Sr87.62

39

Y88.91

40

Zr91.22

41

Nb92.91

42

Mo95.94

43

Tc98.91

44

Ru101.1

45

Rh102.9

46

Pd106.4

47

Ag107.9

48

Cd112.4

49

In114.8

50

Sn118.7

51

Sb121.8

52

Te127.6

53

I126.9

54

Xe131.3

55

Cs132.9

56

Ba137.3

57*

La138.9

72

Hf178.5

73

Ta180.9

74

W183.8

75

Re186.2

76

Os190.2

77

Ir192.2

78

Pt195.1

79

Au197.0

80

Hg200.6

81

Tl204.4

82

Pb207.2

83

Bi209.0

84

Po(209)

85

At(210)

86

Rn(222)

87

Fr(223)

88

Ra(226)

89**

Ac(227)

104

Db(261)

105

Jl(262)

106

Rf(263)

107

Bh(262)

108

Hn(?)

109

Mt(?)

*Lanthanide Series 58

Ce140.1

59

Pr140.9

60

Nd144.2

61

Pm(147)

62

Sm150.4

63

Eu152.0

64

Gd157.2

65

Tb158.9

66

Dy162.5

67

Ho164.9

68

Er167.3

69

Tm168.9

70

Yb173.0

71

Lu175.0

*Actinide Series 90

Th(232)

91

Pa(231)

92

U(238)

93

Np(237)

94

Pu(239)

95

Am(243)

96

Cm(247)

97

Bk(247)

98

Cf(252)

99

Es(252)

100

Fm(257)

101

Md(256)

102

No(259)

103

Lr(260)

university of kwazulu-natal, howard college campus godine/11/olimp11os... · web view8th...

Documents