Jak wykryć propen w LPG?

Poprawna odpowiedź

1. Nie;

2. Tak;

3. Tak.

Wymaganie ogólne

2.2 Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń zna związek właściwości różnorodnych substancji z ich zastosowaniami i ich wpływ na środowisko naturalne;
3.2 Opanowanie czynności praktycznych. Uczeń projektuje i przeprowadza proste doświadczenia chemiczne.

Wymaganie szczegółowe

8.4 Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń obserwuje i opisuje właściwości fizyczne i chemiczne (reakcje spalania) alkanów na przykładzie metanu i etanu.
8.7 Węgiel i jego związki z wodorem. Uczeń opisuje właściwości (spalanie, przyłączanie bromu i wodoru) oraz zastosowania etenu i etynu.

Komentarz

Umiejętnością badaną w tym zadaniu jest umiejętność złożona – wybranie reakcji pozwalającej zidentyfikować określoną grupę substancji. Treść zadania odwołuje się do następujących treści nauczania podstawy programowej dla gimnazjum: 8.4. Uczeń obserwuje i opisuje właściwości (…) chemiczne (reakcje spalania) alkanów (…); 8.7. Uczeń opisuje właściwości (spalanie, przyłączanie bromu (…)) etenu i etynu; 8.8. Uczeń projektuje doświadczenie pozwalające odróżnić węglowodory nasycone od nienasyconych. Uczeń powinien posiadać wszechstronną wiedzę z zakresu właściwości chemicznych węglowodorów nasyconych (alkanów) i nienasyconych (alkenów i alkinów), a zwłaszcza reakcji charakterystycznych alkenów, aby móc prawidłowo rozwiązać to zadanie. Identyfikacja substancji chemicznych na podstawie ich reakcji charakterystycznych to jedna z najważniejszych umiejętności kształtowanych w toku nauczania chemii.   

Aby poprawnie rozwiązać zadanie, należy:

• na podstawie końcówek charakterystycznych dla alkanów (–an) i alkenów (-en) rozpoznać, że wchodzące w skład LPG gazy – propan i butan – należą do alkanów, natomiast propen to alken – węglowodór nienasycony, w którego cząsteczce występuje jedno wiązanie nienasycone;
• wiedzieć, że wszystkie węglowodory (nasycone i nienasycone) ulegają reakcji spalania, a więc LPG będzie się spalać niezależnie od obecności propenu w mieszaninie;
• wiedzieć, że woda bromowa to inaczej nasycony wodny roztwór bromu (Br_aq), o brunatnym zabarwieniu;
• wiedzieć, że reakcja z wodą bromową jest reakcją charakterystyczną dla węglowodorów nienasyconych – związki zawierające w swojej cząsteczce wiązanie podwójne (np. propen) lub potrójne (alkiny) odbarwiają wodę bromową (brom przyłącza się do wiązania podwójnego lub potrójnego), natomiast alkany (np. propan i butan) są dużo mniej reaktywne i nie odbarwiają wody bromowej;
• wiedzieć, że roztwór nadmanganianu(VII) potasu ma kolor fioletowy i ulega odbarwieniu na skutek reakcji z węglowodorami nienasyconymi – to także reakcja charakterystyczna dla alkenów, której alkany nie ulegają. 

Zadanie zostało przebadane na grupie 170 uczniów z klas trzecich gimnazjum. W poniższej tabeli przedstawiono rozkład procentowy udzielonych odpowiedzi.

Najwięcej problemów sprawił uczniom sposób 1 – niecałe 45% badanych udzieliło poprawnej odpowiedzi. Uczniowie w tym przypadku raczej nie wybierali odpowiedzi losowo, ponieważ poprawnie odpowiedziała tylko jedna czwarta uczniów z grupy najsłabszej i niemal dwie trzecie uczniów z grupy najlepszej (uczniów podzielono na sześć równolicznych grup: 1 – grupa uczniów, którzy uzyskali najniższe wyniki w całym teście, 6 – grupa o najwyższych wynikach). Uczniowie, którzy wybrali odpowiedź błędną, prawdopodobnie wiedzieli, że alkeny ulegają reakcji spalania, natomiast nie skojarzyli sobie tego z faktem, że wszystkie węglowodory reagują z tlenem, a więc nie jest to reakcja odróżniająca związki nienasycone od nasyconych.     

Dużo lepiej uczniowie poradzili sobie w przypadku reakcji z wodą bromową – prawie 61% uczniów uznało, że ten sposób pozwoli wykryć związki nienasycone w LPG. Jednakże wyniki uzyskane w badaniu wskazują, że uczniowie, którzy uzyskali najniższe wyniki w teście, „strzelali”, udzielając odpowiedzi w tej części zadania, natomiast w grupie uczniów, którzy osiągnęli najwyższe wyniki z testu, niemal dwie trzecie badanych odpowiedziało prawidłowo. Uczniowie, którzy wybrali odpowiedź błędną, przypuszczalnie nie wiedzieli, co to jest woda bromowa lub nie pamiętali, że odbarwia się ona tylko pod wpływem węglowodorów nienasyconych.  

W przypadku reakcji z nadmanganianem(VII) potasu 53,5% badanych uznało, że tym sposobem można wykryć propen. Rozpiętość wyników była dość duża – odpowiedzi poprawnej udzielił co trzeci uczeń z grupy najsłabszej i ponad dwie trzecie uczniów z grupy najlepszej. Wyniki te wskazują, że uczniowie słabsi przypuszczalnie nie znali tej reakcji i po prostu „strzelali”. Prawdą jest, że zapisy podstawy programowej nie precyzują, czy uczniowie powinni znać obie reakcje charakterystyczne umożliwiające odróżnienie węglowodorów nasyconych od nienasyconych, czy tylko tę z wodą bromową, niemniej jednak wyniki najlepszych uczniów sugerują, że nauczyciele zapoznają uczniów tak z jedną, jak i z drugą.               

Całe zadanie zostało poprawnie rozwiązane przez 23,5% uczniów biorących udział w badaniu. Uzyskane wyniki wskazują, że jest to zadanie dla uczniów trudne – w grupie uczniów najsłabszych nikt nie odpowiedział poprawnie na pytania postawione we wszystkich wierszach zadania, natomiast w grupie uczniów, którzy uzyskali najwyższe wyniki w całym teście, tylko 40% badanych rozwiązało poprawnie całe zadanie.

Warto zauważyć, że reakcje pozwalające odróżnić węglowodory nasycone od nienasyconych są wymienione bezpośrednio w wymaganiach podstawy programowej dla gimnazjum, a więc ich znajomość jest obowiązkowa, tymczasem nawet najlepsi uczniowie mają braki w tym zakresie. Martwić mogą też problemy uczniów z pojęciem reakcji charakterystycznej, która pozwala zidentyfikować daną grupę związków.

Słowa kluczowe