Efekty energetyczne reakcji

Poprawna odpowiedź

1. - Nie - I
2. - Tak-  III

Wymaganie ogólne

2.1 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg prostych procesów chemicznych;

Wymaganie szczegółowe

3.2 Reakcje chemiczne. Uczeń opisuje, na czym polega reakcja syntezy, analizy i wymiany/ podaje przykłady różnych typów reakcji i zapisuje odpowiednie równania/ wskazuje substraty i produkty/ dobiera współczynniki w równaniach reakcji chemicznych/ obserwuje doświadczenia ilustrujące typy reakcji i formułuje wnioski.
3.3 Reakcje chemiczne. Uczeń definiuje pojęcia: reakcje egzoenergetyczne (jako reakcje, którym towarzyszy wydzielanie się energii do otoczenia, np. procesy spalania) i reakcje Reakcje chemiczne. endoenergetyczne (do przebiegu których energia musi być dostarczona, np. procesy rozkładu - pieczenie ciasta).
4.4 Powietrze i inne gazy. Uczeń pisze równania reakcji otrzymywania: tlenu, wodoru i tlenku węgla(IV) (np. rozkład wody pod wpływem prądu elektrycznego, spalanie węgla).
8.4 Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń obserwuje i opisuje właściwości fizyczne i chemiczne (reakcje spalania) alkanów na przykładzie metanu i etanu.

Komentarz

Umiejętnością mierzoną w tym zadaniu jest odczytywanie informacji zawartych w równaniach reakcji i klasyfikowanie reakcji ze względu na efekty energetyczne.

Do poprawnego rozwiązania tego zadania uczeń powinien:

• wiedzieć, że reakcja endoenergetyczna to taka reakcja, w której energia zostaje dostarczona do układu, np. na sposób ciepła (wtedy nazywamy ją endotermiczną), a więc w równaniu reakcji ciepło będzie po stronie substratów (po stronie lewej);
• zidentyfikować reakcję I jako reakcję spalania węgla i zauważyć, że ciepło zapisano po stronie produktów (po stronie prawej); ciepło jest w tej reakcji wydzielane do otoczenia, czyli nie jest to reakcja endotermiczna (można dodać, że jest egzotermiczna), a równanie reakcji, które to ilustruje to równanie I;
• wiedzieć, na czym polega proces fotosyntezy (jest to proces, w którym rośliny wykorzystują tlenek węgla(IV), wodę i energię świetlną);
• zidentyfikować reakcję III, jako reakcję fotosyntezy, a następnie zauważyć, że w równaniu tlen jest po stronie prawej, czyli po stronie produktów; prowadzi to do wniosku, że tlen jest produktem fotosyntezy.

Zadanie zostało przebadane na grupie 165 osób z klas III gimnazjum. W badaniu uzyskano następujące wyniki (pogrubioną czcionką zaznaczono odpowiedzi poprawne):

Zadanie okazało się dla uczniów niezwykle trudne – całe zadanie rozwiązało poprawnie zaledwie 9,1% uczestników badania. Wyniki uczniów jednoznacznie wskazują, że nie umieli oni zidentyfikować reakcji spalania węgla jako reakcji egzotermicznej (egzoenergetycznej), dlatego odpowiedzi były udzielane drogą losową. Brak znajomości terminu „endotermiczna” potwierdziły wyniki drugiej części pytania, w której uczniowie mieli wybrać odpowiednie równanie reakcji, przedstawiające reakcję spalania węgla – wyniki uczniów na poziomie 35% są zbliżone do prawdopodobieństwa losowego wybrania odpowiedzi wynoszącego 33,3%. Martwić może, że uczniowie (nawet osiągający lepsze wyniki z całego wykorzystanego w badaniu testu) nie wskazali po prostu jedynego równania przedstawiającego reakcję spalania węgla. Dużo lepiej uczniom poszło w przypadku równania przedstawiającego reakcję fotosyntezy. Ponad 81% uczniów poprawnie zaznaczyło, że tlen jest produktem fotosyntezy, jednak tylko 70% badanych potrafiło wskazać równanie będące symbolicznym zapisem tej reakcji. Przypuszczalnie, niektórzy uczniowie odpowiadali na część pierwszą pytania dotyczącego stwierdzenia 2 korzystając z wiadomości zapamiętanych z lekcji biologii. Zadanie praktycznie nie różnicowało uczniów pod względem poziomu umiejętności, czyli ogólnego wyniku uzyskanego przez ucznia w całym teście.

Oczywiście mogą się pojawić zarzuty, że termin endotermiczna nie jest wymieniony w podstawie programowej chemii dla gimnazjum i uczniowie nie musieli go znać, jednak uczeń znający definicję reakcji endoenergetycznej mógł powiązać swoją wiedzę na ten temat z faktem, że termiczny oznacza coś związanego z temperaturą, ciepłem, czyli energią pochłanianą z otoczenia na sposób ciepła, a więc mógł wydedukować, co ten termin oznacza. Ponadto, uczniom mogą się mylić przedrostki egzo- i endo-, dlatego odpowiedzi dzieliły się po równo. Nie bez znaczenia jest też fakt, że znajomość prostej definicji tych terminów nie jest jednoznaczna ze zrozumieniem, po której stronie równania reakcji powinno być zapisane ciepło.

Wyniki uczniów jasno pokazują, że uczniowie, niezależnie od ogólnego poziomu swoich umiejętności, mają problemy ze zrozumieniem przemian energetycznych i efektów cieplnych towarzyszących reakcjom chemicznym, warto więc tym zagadnieniom poświęcić na lekcjach więcej uwagi.       

Słowa kluczowe