Projektowanie doświadczeń – zadania maturalne z chemii

9
zadań: 21
poleceń: 14
poleceń otwartych z oceną: 1
lekcji interaktywnych

Projektowanie i analiza doświadczeń chemicznych

### Problem badawczy a hipoteza Rozpoczynając projektowanie doświadczenia, należy zacząć od sformułowania **problemu badawczego**. Jest to cel naszego eksperymentu, najczęściej formułowany w postaci pytania, np. „Jak odróżnić kwas octowy od kwasu mrówkowego?”. **Hipoteza** to z kolei nasze założenie, przewidywana odpowiedź, którą zamierzamy udowodnić lub obalić. Zawsze ma formę zdania twierdzącego, np. „Woda bromowa odbarwia się w obecności węglowodorów nienasyconych”. ### Obserwacje a Wnioski Wymóg CKE bardzo rygorystycznie oddziela obserwacje od wniosków. * **Obserwacja**: Rejestrujemy ją zmysłami. „Wydziela się bezbarwny, bezwonny gaz”, „Niebieski osad roztwarza się, a roztwór przyjmuje szafirową barwę”, „Roztwór odbarwia się”. * **Wniosek**: Interpretacja zachodzących procesów. „Gazem jest tlen”, „Badana substancja zawiera grupę aldehydową”, „Srebro jest słabszym reduktorem od miedzi”. ### Dobór odczynników do rozróżniania substancji Aby rozróżnić dwie substancje za pomocą jednego odczynnika (metodą „probówkową”), należy dobrać taki reagent, z którym obie substancje dają **różne objawy wizualne** (np. z jedną reaguje dając osad, z drugą nie reaguje, lub z obiema reaguje dając osady o różnych barwach). **Przykład:** Jak rozróżnić stały węglan sodu (Na₂CO₃) od stałego siarczanu(VI) sodu (Na₂SO₄)? *Rozwiązanie:* Najlepszym odczynnikiem jest roztwór kwasu solnego (HCl). *Obserwacje:* W probówce z Na₂CO₃ wydzielają się pęcherzyki bezbarwnego gazu, kryształki się rozpuszczają. W probówce z Na₂SO₄ po dodaniu kwasu brak widocznych objawów rozkładu stałej soli z wydzieleniem gazu (kwas siarkowy(VI) nie ulegnie wyparciu). *Równanie:* CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂↑ + H₂O Innym odczynnikiem mógłby być roztwór chlorku baru (BaCl₂). Jednak w obu probówkach otrzymalibyśmy biały osad (BaCO₃ i BaSO₄), więc samo dodanie soli baru nie rozróżnia ich jednoetapowo (wymagane byłoby dodanie w drugim etapie mocnego kwasu w celu zbadania rozpuszczalności osadu).

Zapamiętaj

Problem badawczy to najczęściej pytanie, na które chcemy odpowiedzieć w doświadczeniu.
Hipoteza to twierdzenie (przewidywanie), które weryfikujemy.
Obserwacja to opis tego, co widzimy, słyszymy lub czujemy (np. kolor, zapach, osad).
Wniosek to chemiczna interpretacja obserwacji (np. nazwa wydzielonego gazu, właściwości związku).

Typowe błędy

Zapisywanie wniosku w miejscu obserwacji (np. 'wydziela się wodór' zamiast 'wydziela się bezbarwny gaz').
Formułowanie problemu badawczego jako zdania twierdzącego zamiast pytania.
Dobieranie odczynnika, z którym obie substancje dają identyczne objawy wizualne.

Wymagania podstawy programowej

XIV.1.1 Formułuje problem badawczy i hipotezę; dobiera odczynniki i rysuje schemat doświadczenia.
XIV.1.2 Zapisuje obserwacje (zmiany barwy, wydzielanie gazu, osad) i formułuje wnioski.

Przykładowe zadania

Zadanie 1

W dwóch nieopisanych probówkach znajdują się bezbarwne, wodne roztwory: propan-1-olu oraz propano-1,2,3-triolu (glicerolu). Uczeń ma do dyspozycji wodne roztwory: siarczanu(VI) miedzi(II), wodorotlenku sodu oraz kwasu solnego.

1.1 Zaprojektuj doświadczenie pozwalające na rozróżnienie zawartości obu probówek. Podaj nazwy lub wzory odczynników, które należy dodać do obu badanych roztworów. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Do obu probówek należy dodać świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) (otrzymany przez zmieszanie roztworów CuSO₄ i NaOH).
Aby rozróżnić alkohol monohydroksylowy od polihydroksylowego z grupami -OH przy sąsiednich atomach węgla, należy użyć świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II), który otrzymuje się z reakcji CuSO₄ i NaOH.
1.2 Zapisz przewidywane obserwacje dla probówki z propan-1-olem oraz dla probówki z propano-1,2,3-triolem po dodaniu wybranego odczynnika w temperaturze pokojowej. (2 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Probówka z propan-1-olem: Niebieski osad nie roztwarza się (brak widocznych zmian). Probówka z propano-1,2,3-triolem: Niebieski osad roztwarza się, powstaje klarowny, szafirowy (ciemnoniebieski) roztwór.
Propano-1,2,3-triol tworzy z Cu(OH)₂ szafirowy (klarowny) roztwór związku kompleksowego, podczas gdy propan-1-ol nie reaguje, a niebieski osad Cu(OH)₂ pozostaje na dnie.
1.3 Które z poniższych zdań stanowi poprawny wniosek z przeprowadzonego doświadczenia? (1 pkt)
- A. Roztwór propano-1,2,3-triolu zabarwia się na szafirowo.
- B. Alkohole polihydroksylowe z grupami hydroksylowymi przy sąsiednich atomach węgla mają właściwości kompleksujące.
- C. Wodorotlenek miedzi(II) nie rozpuszcza się w wodzie.
- D. Propan-1-ol jest alkoholem monohydroksylowym, a glicerol polihydroksylowym.
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: B. Alkohole polihydroksylowe z grupami hydroksylowymi przy sąsiednich atomach węgla mają właściwości kompleksujące.
Wniosek to uogólnienie zjawiska chemicznego, a nie opis tego, co widać (obserwacja).

Zadanie 2

Uczeń otrzymał dwie stałe, bezbarwne substancje: węglan sodu (Na₂CO₃) oraz siarczan(VI) sodu (Na₂SO₄). Celem ucznia było ich rozróżnienie w sposób chemiczny za pomocą tylko jednego odczynnika.

2.1 Sformułuj problem badawczy do doświadczenia pozwalającego na rozróżnienie tych dwóch soli. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: Jak za pomocą jednego odczynnika chemicznego rozróżnić stały węglan sodu od siarczanu(VI) sodu? (Akceptowane są również równoważniki zdania, np. Rozróżnienie Na₂CO₃ i Na₂SO₄ za pomocą jednego odczynnika).
Problem badawczy zazwyczaj formułuje się w postaci pytania o możliwość odróżnienia substancji lub zbadania ich właściwości.
2.2 Uczeń wybrał wodny roztwór kwasu solnego (HCl). Zapisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która pozwoliła uczniowi na odróżnienie próbek. Jeśli w którejś z próbek reakcja nie zachodzi, zaznacz to. (1 pkt)
Pokaż odpowiedź
Odpowiedź: CO₃²⁻ + 2H⁺ → CO₂ + H₂O (lub z Na₂CO₃: Na₂CO₃ + 2H⁺ → 2Na⁺ + CO₂ + H₂O). Dla Na₂SO₄: reakcja nie zachodzi.
Kwas solny wyprze słaby i nietrwały kwas węglowy z jego soli, co objawi się wydzielaniem pęcherzyków gazu (CO₂). Z siarczanem(VI) sodu reakcja nie zajdzie.

Ćwicz ten dział z oceną – Premium Załóż darmowe konto

Inne tematy z tego działu

Analiza tabel, wykresów i danych