A 2017 májusi emelt szintű kémia érettségi feladatsorának elemzése

Durkó Gábor – kémiaérettségi.hu
2017. május 25.

A diákok két leggyakoribb kérdése a kémia érettségi után, hogy milyen nehéz volt a feladatsor a korábbi évekhez képest, illetve volt-e benne esetleg hibás, vagy többféleképp értelmezhető kérdés. Ezért górcső alá vettük az idei emelt szintű feladatsort, egyesével végignéztük a feladatokat, a problémás kérdések kapcsán az Oktatási Hivatal állásfoglalását is kértük. Annak ellenére, hogy a kapott válasz nem minden esetben volt megnyugtató, összességében mégis azt lehet mondani, hogy a felmerült problémák nem nagy jelentőségűek, a vitatható kérdések csupán néhány pontot érintenek. Korrekt módon, a követelményeknek megfelelően összeállított feladatsort kaptak a vizsgázók, amely nehézségében a tavaly májusihoz hasonló.

Minden májusban újra meg újra „érettségizek” kémiából: amint felkerül az internetre a feladatsor, megoldom a feladatokat és az általam helyesnek vélt megoldásokat összevetem a hivatalos javítási útmutatóval. Közben mindig felmerül néhány érdekes probléma: van, hogy csak a javítókulcsból derül ki, pontosan mire gondolt a feladatíró, előfordulnak szövegértelmezési gondok, és persze a tananyaggal kapcsolatos „elvi” kérdések is felvetődnek. Ezeket szedtem most össze ebben az elemzésben. A feladatsor összeállítását az Oktatási Hivatal által megbízott Kémia Tételkészítő Bizottság végzi, amely idén is készségesen válaszolt a felvetéseimre, még ha nem is mindenben sikerült egyetértésre jutnunk. Következzen tehát az elemzés a 2017 májusi emelt szintű kémia írásbeli feladatairól.

A feladatlap egy táblázatos kérdéssel kezdődik, témája a kénsav és a hidrogén-klorid összehasonlítása. Az első kérdés, amin el kellett gondolkodnom, hogy a HCl oldódásánál a kémcső fala vajon lehűl vagy felmelegszik? A kénsavval ellentétben ez nem annyira közismert, de a válasz szerencsére mindkét függvénytáblázatban megtalálható: a hidrogén-klorid oldáshője negatív, tehát hőfejlődést tapasztalhatunk.

Mi történik a cinkkel tömény kénsavban?

A táblázat 14-15. kérdésénél azokat a fémeket kellett megjelölni a Fe, Al, Cu és Zn közül, amelyek tömény kénsavban feloldódnak, megadva egy választható reakcióegyenletet is. A vas és az alumínium közismerten passziválódik, a réz és a cink viszont oldódik, tehát a reakcióegyenlet felírásához ezen két fém közül kell választanunk. A réz, mint pozitív standardpotenciálú fém az egyszerűbb eset: itt egyértelmű, hogy kén-dioxid fejlődik. A cink standardpotenciálja viszont negatív, így az képes hidrogént is fejleszteni a kénsavoldatból. Híg kénsavból biztosan H₂ fejlődik, töményebb oldat esetén már előtérbe kerül a kénsav oxidáló hatása, és SO₂ is keletkezik – de vajon igaz lenne az, hogy egy bizonyos töménység felett már hidrogén egyáltalán nem képződik? A megoldás a cinknél ugyanis csak a kén-dioxiddal felírt egyenletet jelöli elfogadhatóként.

Megkérdeztem az Oktatási Hivatalt, hogy ők mit gondolnak erről – ragaszkodtak hozzá, hogy hidrogén biztosan nem keletkezik, a cink hiába negatív standardpotenciálú, a Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂ egyenlet nem fogadható el.

Ezt kérdeztük: „Az 1. táblázatos feladat 15. kérdésénél egy olyan reakció egyenletét kell megadni, amely réz vagy cink tömény kénsavban való oldásakor lejátszódik. A javítási útmutató mindkét fémnél a kén-dioxid képződésével járó oxidáció egyenletét adja meg. A cink esetén elfogadható a hidrogén keletkezését leíró egyenlet (tekintve, hogy negatív standardpotenciálú fémről van szó)?”

A tételkészítő bizottság válasza: „Reakció lejátszódása esetén, a tömény kénsav a pozitív, illetve negatív standardpotenciálú fémeket is kén-dioxid keletkezése közben oldja. Hidrogéngáz nem keletkezik. A reakcióegyenlet nem fogadható el.”

Az egyik, gyakran használt tankönyvben (Villányi: Kémia összefoglaló középiskolásoknak) valóban az szerepel, hogy a cinkcsoport fémeit tömény kénsavban oldva SO₂ keletkezik, az viszont nincs ott, hogy hidrogén nem. Az általam kézbe vett egyetemi szervetlen kémia tankönyvek erről a reakcióról egyenletet nem közölnek, egy angol nyelvű szakkönyvben (J. C. Bailar: Comprehensive Inorganic Chemistry) viszont az áll, hogy a cink töményebb oxidáló savakban való oldásakor több minden is keletkezik: kénsavban ZnO, S, kén-hidrogén, kén-dioxid és hidrogén, salétromsavban a koncentrációtól függően nitrogén-monoxid, nitrogén, de még ammónia képződését is leírták. Egyszóval a helyzet nem olyan egyértelmű, mint ahogy azt a tételkészítő bizottság állítja.

Természetesen az érettségiző diáktól csak annak az ismeretét lehet elvárni, ami a tankönyvben, illetve a vizsgakövetelményekben szerepel. Azonban a középiskolás tankönyvben kétségtelenül benne van, hogy a cink, mint negatív standardpotenciálú fém, savakból hidrogént fejleszt. Eközben az oldatban levő hidrogénionokkal reagál, amelyek természetesen nemcsak a híg, hanem a tömény oldatban is megtalálhatók. A szakirodalom szerint a hidrogénfejlődés – egyéb más reakciók mellett – a tömény kénsavban is lejátszódik, tehát ezt a választ is ugyanúgy el kellene fogadni, mint ha valaki kén-dioxiddal írja fel a reakcióegyenletet.

Nevezd meg az okát – de ne csak egyet

A második feladat egy esettanulmány az orvosi gyakorlatban általános érzéstelenítésre, altatásra használt vegyületekről. A kémiából emelt szinten érettségizők jó része egészségügyi pályára készül, ezért jó ötlet volt egy ilyen olvasmányt betenni, ami az orvostudomány és a kémia kapcsolatáról szól. A feladat meglehetősen komplex, a szöveg tele van vegyületnevekkel, adatokkal, a vizsgázók számára ismeretlen fogalmakkal – könnyűnek semmiképp sem mondanám. Ez természetesen nem baj, sőt pont ez a feladat lényege, hogy a vizsgázó meglévő ismeretei alapján tudjon értelmezni egy szakmai szöveget.

A b) kérdésnél azt kell megindokolni, miért előnyösebb érzéstelenítő a dezflurán, mint a kloroform, azonban a feladat szövegében nincs benne, hogy pontosan hány indokot is várt a kérdező.

A megoldókulcsból kiderül, hogy kettőt, és a rutinosabb feladatmegoldó már tudja, hogy ilyenkor az összes létező indokot érdemes felsorolni. A kémia érettségin nem szokás megadni ilyen feladatoknál, hogy hány választ várunk, pedig – az egyértelműség kedvéért – érdemes lenne. Hiszen valójában egyetlen komoly előny (például a kisebb toxicitás) már indokolttá teheti a dezflurán alkalmazását a kloroformmal szemben, azonban ha a vizsgázó csak egy okot említ, a kettőből csak egy pontot kap.

Mitől jó a lipidoldékonysága valaminek?

Az e) alkérdés sem teljesen egyértelmű – itt meg kell indokolni, miért oldódik jobban a ciklopropán hexánban, mint a xenon. A hivatalos megoldás szerint a táblázatban található MAC értékekre (minimális alveoláris koncentráció) kell hivatkozni, amely a szöveg szerint a lipidoldékonysággal függ össze: a ciklopropánnak kisebb a MAC értéke, ami nagyobb lipidoldékonyságra utal, így az apoláris hexánban is feltehetőleg jobban fog oldódni. Itt azonban egyszerűbb, „kémiaibb” magyarázatot is lehetne adni: a ciklopropán és a hexán hasonló szerkezetűek (mindkettő szénhidrogén), ezért könnyen be tudnak épülni egymás diszperziós kötésrendszerébe. A bizottság sajnos megint csak másképp gondolja, szerintük mivel mind a ciklopropán, mind a xenon apoláris, a MAC érték nélkül nem dönthető el, hogy melyik oldódik jobban a hexánban.

Ezt kérdeztük: „A 2. esettanulmány feladat e) alkérdésénél azt kell megindokolni, miért oldódik jobban a ciklopropán hexánban, mint a xenon. A javítási útmutató szerint a táblázatban található MAC értékre kell hivatkozni. Elfogadható egy olyan indoklás, amely a MAC és a lipidoldékonyság említése nélkül, a ciklopropán és a hexán hasonló kémiai szerkezetére hivatkozik (pl. mindkettő szénhidrogén, és emiatt könnyen be tudnak épülni egymás diszperziós kötésrendszerébe – “hasonló hasonlót old” elve)? Hiszen feltehetőleg ez az oka a ciklopropán nagyobb lipidoldékonyságának és az ebből következő kisebb MAC értékének is.”

A tételkészítő bizottság válasza: „Az említett indoklás nem fogadható el. A xenon is apoláris tulajdonságú, akárcsak a ciklopropán, így a MAC-érték nélkül nem eldönthető az oldékonyságok közötti különbség.”

Kérdés, hogy mi van akkor, ha gondolatban egy lépéssel tovább megyünk, és arra szeretnénk magyarázatot találni, vajon miért kisebb a MAC értéke, vagyis miért nagyobb a lipidoldékonysága a ciklopropánnak, mint a xenonnak? Vajon nem pont azért, mert szerkezetileg jobban hasonlít a számos szén-hidrogén kötést tartalmazó lipidekhez?

Bonyolult választás

A harmadik, egyszerű választásos feladat 8. kérdésében négy vegyületet kell növekvő forráspont szerint sorrendbe állítani.

Az még talán tudható, hogy a bután és a 2-metilpropán közül az utóbbinak alacsonyabb a forráspontja, mert elágazó láncú, vagy ha ezt nem is tudjuk, analógiát lehet találni a függvénytáblázatban: az n-pentán és a 2-metilbután forráspontja a fehér függvénytáblázatban megtalálható. A propán-1-ol és az etil-metil-amin forráspontja egyértelműen magasabb, hiszen mindkettő képes hidrogénkötések kialakítására. A probléma itt van, mert a két vegyület móltömege közel azonos, mindkettő hidrogénkötéseket alakít ki, akkor vajon melyik a magasabb forráspontú? A propán-2-ol forráspontját megtalálhatjuk a függvénytáblázatban, az etil-metil-aminra vonatkozó adat azonban nem áll rendelkezésre. Jobb híján kereshetünk egy másik szekunder amint és egy vele kb. azonos tömegű alkoholt – például a dimetil-amin (fp. 7°C) és az etanol (fp. 78°C) összehasonlítása támpontot jelenthet. Azonban ez a kérdés így túl bonyolultnak tűnik, az analógiák nem biztos, hogy annyira egyértelműek. A valóságban tényleg a szekunder amin forráspontja az alacsonyabb (etil-metil-amin: 36-37 °C, propán-1-ol: 97 °C).

A tételkészítő bizottság álláspontja ebben a kérdésben az, hogy a részletes vizsgakövetelmények alapján tudni kell összehasonlítani közel azonos moláris tömegű egyértékű alkoholok és aminok forráspontját. Valójában azonban ez így, explicit módon nincs benne a vizsgakövetelményekben. Mind az alkoholoknál (42. oldal), mind az aminoknál (47. oldal) azt találjuk, hogy olvadás- és forráspontjukat az azonos molekulatömegű alkánokhoz kell tudni viszonyítani, illetve az adott vegyületcsoporton belül (pl. primer, szekunder és tercier aminok) kell tudni összehasonlítást végezni. Arról nincsen szó, hogy az alkoholokat az aminokkal tudni kellene összehasonlítani. Nem mintha ez lehetetlen lenne, de a vizsgakövetelményekben nincsen ilyen elvárás.

Polikondenzáció, ami nem polimerizáció?

Ugyanennek a feladatnak a 9. alkérdésénél szintén nem könnyű választani. Itt azt kell eldöntenünk, a felsorolt anyagok közül melyik nem „polimerizációs műanyag”, választhatunk a bakelit, a teflon, a polisztirol, a polietilén és a PVC közül.

A bakelit egyértelműen kilóg a sorból, mivel az polikondenzációval állítható elő, míg a másik négy poliaddícióval. Ha a vizsgázó emlékszik a tankönyvben olvasottakra, akkor felidézheti, hogy a „polimerizáció” ott csak „poliaddíció” értelemben szerepel. Ezzel bizonyos értelemben nincs is baj, hiszen megfelel a vizsgakövetelményeknek. Inkább az a kérdés, hogy ez vajon miért így van a tankönyvben és a vizsgakövetelményekben? A bakelit, a paraformaldehid, a poliuretánok és a többi polikondenzációs műanyag vajon nem polimerek? Ha azok, akkor a létrejöttük miért nem polimerizáció, miért csak a poliaddícióra szűkítjük le ezt a fogalmat? A kémikusok nemzetközi szervezete (IUPAC) által összeállított fogalomjegyzék (Gold Book) szerint a polimer egyszerűen makromolekulákból álló anyag, a létrejöttének módjától függetlenül. Az egyetemi oktatásban is gyűjtőfogalomként használják a poliaddícióra és a polikondenzációra. Érdemes lenne ezt a középiskolás anyagban is átvenni.

A tételkészítő bizottságnál erre a problémára hiába kérdeztem rá, csak annyit erősítettek meg, hogy a bakelit polikondenzációs műanyag (ezzel nem is vitatkoztam), de az eredeti kérdésre, hogy a polikondenzáció miért nem számít polimerizációnak, válaszukban nem tértek ki.

Ezt kérdeztük: „A polikondenzáció (pl. bakelit képződése) miért nem tekinthető polimerizációnak, amikor a szakirodalom ezt a kifejezést gyűjtőnévként használja a poliaddíciós és polikondenzációs folyamatokra? (pl. az IUPAC Gold Book-ban található definíció szerint)”

A tételkészítő bizottság válasza: „A bakelit polikondenzációs műanyag, azaz a fenol és formaldehid molekulák vízkilépéssel kapcsolódnak egymáshoz, makromolekulát létrehozva.”

Erre szokták azt mondani: elbeszéltünk egymás mellett.

A legtöbbet szidott feladat

A legtöbb kérdés, panasz a következő, kísérletelemző feladattal kapcsolatban jutott el hozzám. A feladat öt alkérdésből áll, mindegyiknél két-két szerves anyagot kell megkülönböztetni, amihez kizárólag a feladatban felsorolt reagenseket lehet használni. Az érettségi után az egyik hírportálnak nyilatkozó diák arra célzott, hogy ez a feladat szerinte nagyon rossz, és „nagy valószínűséggel hibás”. Ez aztán elterjedt a Facebookon is, hogy hibás feladat van a kémia érettségiben.

Mi tehát a helyzet, tényleg rossz ez a feladat? Tény, hogy a megfogalmazása nem a legegyértelműbb. Például az, hogy „mindig más módszert” kell megadni a vegyületpárok megkülönböztetésére, azt is jelenti, hogy minden reagenst illetve a melegítést is csak egyszer szabad használni? Feltehetőleg nem, hiszen az e) kérdésnél a szacharózt és a karbamidot hevítéssel lehet csak megkülönböztetni (a szacharóz elszenesedik, a karbamid nem), de a c)-nél a propénal és az aceton megkülönböztetésénél az ezüsttükör-próbához is melegítés kell (bár ez nem szerepel a javítókulcsban). Szintén nem egyértelmű, hogy az a) – c) kérdéseknél meg kell-e adni az eltérő tapasztalatokat, ami alapján az azonosítást elvégezzük – én a biztonság kedvéért leírtam, de mint kiderült, a javítókulcs szerint ezt nem kellett megtenni. A d)-nél (tojásfehérje- ill. keményítőoldat megkülönböztetése) a javítókulcs szerint a biuretreakciót kell választani – ugyan a CuSO₄ oldat önmagában is alkalmas lenne az azonosításra, de akkor a vizsgázó „a NaOH-oldatot nem használja fel”, tehát veszít egy pontot.

Túl sok a megkötés ebben a feladatban, szerencsésebb lett volna az elérhető reagenseket megadni, és a vizsgázókra bízni a megfelelő reagensek kiválasztását minden további előírás nélkül („mindenhol más módszert kell megadni, minden reagenst fel kell használni”). Ennek ellenére hibásnak nem mondanám, a feladat megoldható volt, még ha nem is volt minden válasz kézenfekvő, talán itt kellett a legtöbbet gondolkodni.

A tételkészítő bizottságnak ezeket a kérdéseket is leírtam, válaszul megerősítették, hogy a reagenseket és a melegítést is többször lehetett használni, illetve ami sok diáknak fontos lehet: a javítókulcsban leírttól eltérő azonosítás is elfogadható ennél a feladatnál.

Ezt kérdeztük: „Az 4. kísérletelemző feladatnál a feladat szövegében szereplő kitétel szerint az anyagok megkülönböztetésére mindig más módszert kell használni. Ez azt jelenti, hogy a felsorolt reagenseket és a melegítést is csak egyszer szabad alkalmazni?”

A tételkészítő bizottság válasza: „A melegítést, illetve az oldatok bármelyikét többször használhatja a vizsgázó az azonosítások során, de minden oldatot fel kell használnia. A feladatnak több megoldása is lehet, a javítási-értékelési útmutató egy lehetséges megoldást közöl. A javító tanárok fel vannak készülve a további megoldásokra és azok pontozására.”

Van-e kisebb az alumíniumionnál?

A következő ismét egy táblázatos feladat volt, ahol a tulajdonságaik leírása alapján hat különböző, egyaránt 10-10 elektronból álló részecskét kellett beazonosítani. Itt az első sor volt kissé problémás: a legkisebb méretű iont kellett megtalálni, értelemszerűen 10 elektronnal. A hivatalos válasz az alumínium(III) ion (sugara 51 pm), azonban a függvénytáblázatban ott van közvetlenül mellette a Si⁴⁺ ion is, ami szintén 10 elektronos és még kisebb (42 pm). Igaz, hogy a szilíciumra inkább jellemző a kovalens kötések kialakítása, +4-es ionja nem szerepel a tananyagban, de ha már benne van a függvénytáblázatban, akkor ezt is el kellene fogadni az alumínium mellett. Itt a bizottság megengedőbb volt: kérdésemre azt válaszolták, hogy a szilícium(IV)-iont is elfogadják a javítók.

A lángfestés magyarázata

A táblázat 14. kérdése a nátriumion lángfestésének „atomszerkezeti okát” firtatja – középiskolás szinten erre elég nehéz értelmes választ adni, azon kívül, hogy a nátrium elektronjai könnyen gerjeszthetők, ami nem egy túl konkrét válasz, de szerencsére a megoldókulcs sem kívánt ennél bővebb magyarázatot.

Lépésről lépésre megoldható számolások

A hatodik feladat egy egyensúlyi számítás: a ciklohexán magasabb hőmérsékleten benzolra és hidrogénre disszociál, ki kell számolnunk az átalakulás mértékét, az egyensúlyi állandót, a ciklohexán kezdeti tömegét. Ez ebben a témában egy viszonylag kellemes feladat volt, ismeretlen bevezetése nélkül is egyszerűen, néhány sorban kiszámolható. (Egyébként eléggé hasonlít a 2015. májusi idegen nyelvű feladatsor 7. feladatára, az viszont ennél valamivel nehezebb.)

A hetedik, elemző és számítási feladat, bár első olvasásra nehéznek tűnhetett (két alkoholból álló folyadékelegy reakciója kénsavval) kifejezetten könnyű volt, szinte alig kellett benne számolni. Az elegy összetételét például nem is kellett meghatározni. Egyedül a c) alkérdés nem volt teljesen egyértelmű: itt a két alkohol kénsav hatására lejátszódó eliminációs reakciójának „sztöchiometriai egyenletét” kellett felírni. A megoldókulcsban összegképlettel felírt reakcióegyenlet szerepel, de – mint az a tételkészítő bizottság válaszából kiderült – természetesen a szerkezeti képlettel felírt verzió is elfogadható.

A következő feladat egy kristályvizes számítás volt, a végén elektrokémiai feladatrésszel. Talán ez volt a feladatsor legnehezebb feladata, de az adott műfajban ez is inkább csak közepes nehézségű, különösebb ötletre nem volt szükség a feladat megoldásához. Az elektrokémiai feladatrész pedig kimondottan könnyű volt.

A kilencedik feladat újra a gyógyszerkémiai témához tért vissza, alumíniumot és egy ismeretlen fémet tartalmazó savmegkötő tabletta összetételét kellett számítással meghatározni. Ebben volt egy fogalmilag nehezebb visszaméréses titrálás a salétromsav feleslegének meghatározására, de ha ezt sikerült megfejteni, onnan a feladat már könnyen megoldható volt.

A tavalyinál nem volt nehezebb

Összességében a tavalyihoz hasonló nehézségű feladatsort kaptak az emelt szinten vizsgázók, problémamentes számolásokkal. Az alkérdések több feladatnál is lényegében lépésről lépésre végigvezették a vizsgázókat a számítási feladatokon, korábban ez inkább csak a középszintű vizsgára volt jellemző.

Mit kellene másképp?

Az elméleti kérdések közül némelyiknél volt kisebb értelmezési nehézség vagy vitatható válasz. A cink és más negatív standardpotenciálú fémek tömény oxidáló savakkal való, nem igazán egyértelmű reakciója már korábban is volt téma itt a blogon. Az esettanulmányoknál, ha valaminek a magyarázatára, indokára kérdez rá a feladat, meg kellene adni azt is, hogy a teljes pontszámhoz hány válasz megadása szükséges. A polimerizáció – polikondenzáció témájában pedig érdemes lenne az érettségi követelményeket módosítani, hogy ezek a fogalmak a tudományban használt definíciókkal összhangban legyenek.