Badanie skały wapiennej

Poprawna odpowiedź

1. Tak,  2. Tak, 3. Tak

Wymaganie ogólne

1 Wykorzystanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń korzysta z chemicznych tekstów źródłowych, pozyskuje, analizuje, ocenia i przetwarza informacje pochodzące z różnych źródeł, ze szczególnym uwzględnieniem mediów i Internetu.
2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zdobywa wiedzę chemiczną w sposób badawczy – obserwuje, sprawdza, weryfikuje, wnioskuje i uogólnia wykazuje związek składu chemicznego, budowy i właściwości substancji z ich zastosowaniami posługuje się zdobytą wiedzą chemiczną w życiu codziennym w kontekście dbałości o własne zdrowie i ochrony środowiska naturalnego.

Wymaganie szczegółowe

Komentarz

Umiejętnością badaną w tym zadaniu jest umiejętność wyciągania wniosków na podstawie eksperymentu chemicznego. Aby prawidłowo rozwiązać zadanie uczeń powinien posiadać wiedzę na temat składu chemicznego skał wapiennych, przebiegu reakcji chemicznej pomiędzy węglanem wapnia i kwasem chlorowodorowym (solnym) oraz prawa zachowania masy. Dodatkowo powinien dysponować również podstawową wiedzą z zakresu właściwości fizycznych węglowodorów (nafty) oraz składu powietrza.

Zadanie opiera się na przeanalizowaniu efektów eksperymentu chemicznego opisanego w treści zadania i zilustrowanego rysunkiem przedstawiającym zestaw laboratoryjny. W trakcie doświadczenia działano kwasem solnym (chlorowodorowym) na próbkę skały w aparaturze umożliwiającej przepuszczanie wydzielającego się gazu przez wodę wapienną. Powierzchnię wody wapiennej oddzielono od atmosfery warstwą nafty. Dodawaniu kwasu solnego towarzyszyło pienienie się powierzchni skały, jednocześnie nastąpiło zmętnienie wody wapiennej. Na podstawie eksperymentu uczeń miał:

1.   określić jak zmieniła się masa kolby reakcyjnej i wkraplacza wraz z zawartością

2.   określić jak zmieniła się masa krystalizatora wypełnionego wodą wapienną i naftą

3.   wskazać przyczynę zastosowania nafty w tym eksperymencie.

 Aby określić poprawność stwierdzenia 1. Waga 1 wskazywała mniejszą masę po zakończeniu eksperymentu niż przed jego wykonaniem. należało:

-     wykorzystać wiadomości na temat reakcji węglanu wapnia z kwasami, w szczególności fakt, że w wyniku reakcji wydziela się gazowy tlenek węgla(IV) (dwutlenek węgla)

-     na podstawie opisu pienienia się w kolbie wywnioskować, że rzeczywiście ten gaz się wydziela i opuszcza kolbę reakcyjną

-     przeprowadzić rozumowanie, że skoro gaz opuszcza kolbę i skoro gaz ma pewną określoną masę, to masa kolby wraz z wkraplaczem powinna maleć w miarę postępu reakcji, co z kolei bezpośrednio wskazywało na poprawność stwierdzenia.

W przypadku stwierdzenia 2. Waga 2 wskazywała większą masę po zakończeniu eksperymentu, ponieważ w krystalizatorze powstał biały osad. uczeń powinien:

-     skojarzyć fakt mętnienia wody wapiennej z powstawaniem trudno rozpuszczalnego w wodzie węglanu wapnia

-     wywnioskować, że powstawaniu węglanu wapnia musi towarzyszyć pochłanianie tlenku węgla(IV)

-     przeprowadzić rozumowanie, że skoro tlenek węgla(IV) posiada określoną masę oraz jest pochłaniany przez wodę wapienną, to masa krystalizatora powinna rosnąć w miarę postępu reakcji, co z kolei bezpośrednio wskazywało na poprawność twierdzenia 2.

Poprawność stwierdzenia 3. Naftę zastosowano, aby zapobiec reakcji jednego ze składników powietrza z wodą wapienną. należało określić w następujący sposób:

-     wykorzystać wiadomości na temat składu powietrza, w szczególności że powietrze zawiera pewną ilość tlenku węgla(IV)

-     wykorzystać wiadomości na temat właściwości fizycznych nafty, w szczególności fakt, że jest to ciecz nie mieszająca się z wodą i że jej gęstość jest niższa od gęstości wody, zatem będzie tworzyć odrębną ciekłą warstwę na powierzchni wody wapiennej

-     wywnioskować, że tlenek węgla(IV) zawarty w powietrzu również może reagować z wodą wapienną z utworzeniem węglanu wapnia, zatem ewentualny przyrost masy może być również skutkiem takiej reakcji

-     wywnioskować, że warstwa nafty będzie stanowić barierę dla zawartego w powietrzu tlenku węgla(IV), który nie będzie mógł przenikać do wody wapiennej

-     przeprowadzić rozumowanie, że skoro tlenek węgla(IV) z powietrza nie będzie miał dostępu do wody wapiennej, to reakcja pomiędzy wodą wapienną a tlenkiem węgla (IV) z powietrza nie zajdzie, co bezpośrednio wskazywało na poprawność twierdzenia 3.

Zadanie zostało przebadane na grupie 164 uczniów klas III gimnazjum. Poszczególne punkty zadania okazały się dla uczniów dość trudne. Procent poprawnych odpowiedzi dla wszystkich trzech przypadków był bardzo porównywalny - oscylował w granicach 64 – 66%. Świadczy to o tym, że stosunkowo niewielu uczniów wybijało się ponad poziom losowego udzielenia odpowiedzi, wynoszący 50%. Warto zauważyć, że aby udzielić poprawnej odpowiedzi w przypadku stwierdzenia 3 należało przeprowadzić bardziej dogłębne rozumowanie i wykazać się większą wiedzą na tematy luźno związane z problematyką chemii skał wapiennych, co jest bardzo cennym elementem zadania.

Jako całość, zadanie okazało się również trudne - 18% uczniów rozwiązało je poprawnie (przy 12,5% dla losowego wyboru). Zadanie dość dobrze różnicowało uczniów ze względu na ich poziom umiejętności. Ze względu na swoją trudność i tematykę zadanie nadaje się przede wszystkim na poziom podstawowy szkół ponadgimnazjalnych, ale można je omawiać także z uczniami gimnazjów na lekcji powtórzeniowej.

Słowa kluczowe