Get Adobe Flash player
Сайт Анатолия Владимировича Краснянского

Анатолий Владимирович Краснянский, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова. Системный анализ группы заданий "Каталитический конвертер" международной программы PISA-2006. Дополнение: Анатолий Краснянский. Обращение к гражданам России.

11.04.2009 10:43      Просмотров: 4697      Комментариев: 0      Категория: Системный анализ заданий программы PISA

  Анатолий Владимирович Краснянский, кандидат химических наук, старший научный сотрудник Химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова

   Системный анализ группы заданий "Каталитический конвертер" международной программы PISA-2006

Статья не закончена!

1. Введение 

 Источник информации о заданиях программы PISA: http://www.centeroko.ru/public.htm

2. Предварительная информация (для читателей - неспециалистов)

Химические реакции, протекающие при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания:

CxHy +  (0,25y + x)O2   =  0,5yH2O + xCO2     (образуется вода и оксид углерода(IV) - углекислый газ).                                                                                       

CxHy +  (0,25y + 0,5x)O2   =  0,5yH2O + xCO (образуется вода и оксид углерода(II) - угарный газ).

CxHy +  0,25yO2   =  0,5yH2O + xC (образуется вода и сажа)

N2 + O2   =  2NO  (реакция идет медленно при температурах, развивающихся при сгорании топлива в двигателе, оксида азота(II) образуется очень мало).

  2NO  + O2   =  2NO2   (при выходе из камеры сгорания и охлаждении часть оксида азота(II)  превращается в оксид азота (IV)).

Химические реакции, которые, вероятно, идут  каталитическом конвертере [1] :

Наиболее перспективным подходом к проблеме снижения роста оксида азота в выхлопных газах является его каталитическое взаимодействие с СО, присутствующим там же:

2NO + 2CO   =   N2 + 2CO2

Эта реакция термодинамически выгодна при температуре выхлопа. К другим реакциям относятся образование N2O:

2NO + CO   =   N2О + CO2

и взаимодействие СО с водой в выхлопных газах:

CO + H2О   =   CO2 + H2

Образующийся водород может реагировать с оксидом азота с  образованием азота и аммиака

2NO + 2Н2  =  N2 + 2Н2О

2NO + 5H2    =   2NH3 + 2H2О

Состав автомобильных выхлопных газов

Источник информации - http://ru.wikipedia.org/wiki/Выхлопные_газы

 Вещества Бензиновые двигатели Дизели
N2, об.% 74—77 76—78
O2, об.% 0,3—8,0 2,0—18,0
H2O (пары), об.% 3,0—5,5 0,5—4,0
CO2, об.% 0,0—16,0 1,0—10,0
CO*, об.% 0,1—5,0 0,01—0,5
Оксиды азота*, об.% 0,0—0,8 0,0002—0,5
Углеводороды*, об.% 0,2—3,0 0,09—0,5
Альдегиды*, об.% 0,0—0,2 0,001—0,009
Сажа**, г/м3 0,0—0,04 0,01—1,10
Бензпирен-3,4**, г/м3 10—20·10−6 10×10−6

* Токсичные компоненты

** Канцерогены


[1] Кирилл Николаевич Зеленин, профессор, зав. кафедрой химии Военно-медицинской академии, доктор химических наук, академик РАЕН, заслуженный деятель науки РФ. Область научных интересов - органическая химия азотистых соединений и гетероциклов. Автор более 250 научных публикаций. (Источник информации - http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/419.html ). 

Группа заданий "Каталитический конвертер" 

 Каталитический конвертер (преамбула)

Наиболее современные марки автомобилей оснащены каталитическими конвертерами, которые делают выхлопные газы менее вредными для людей и окружающей среды. Около 90% вредных выхлопных газов преобразуется в менее вредные. Ниже приведены некоторые газы, которые поступают в конвертер и выходят из него.
 

 

 

Вопрос 1.

 

    Используя информацию, приведенную на рисунке, приведите пример того, как каталитический конвертер снижает вредность выхлопных газов.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Ответ принимается полностью – 1 балл.
Процент российских учащихся, набравших данный балл - 33,6

  Код 1: Упомянуто превращение моноксида углерода или оксидов азота в другие соединения.

1) Моноксид углерода превращается в диоксид углерода.

2) Оксиды азота превращаются в азот.

3) Он превращает вредные газы в невредные, например, CO в CO2 (90%).

4) Диоксид углерода и азот не такие опасные, как моноксид углерода и оксиды азота.

Ответ не принимается

 Код 0: Другие ответы.

5) Газы становятся менее вредными.

6) Он очищает моноксид углерода и оксиды азота. [Недостаточноопределенно.]

Код 9: Ответ отсутствует.

Тип вопроса: с открытым свободно-конструируемым ответом
Компетенция: использование научных доказательств
Содержание: физические системы/естественнонаучные знания
Область применения: окружающая среда
Контекст: социальный

 

Анализ преамбулы и вопроса 1

  Формулировка преамбулы и вопрос 1 сформулирован не на научном, а на бытовом языке. Отсюда неточности. Во-первых,что означает словосочетание "снижает вредность". Каким прибором измеряют эту "вредность"? Есть методы анализа, позволяющие определять концентрации различных компонентов в газовой смеси, которой являются выхлопные газы. При переводе с бытового языка на научный получаем: "Каталитический конвертер снижает долю токсичных веществ в выхлопных газах". 

Анализ суждения: "Около 90% вредных выхлопных газов преобразуется в менее вредные"

Во-первых, полагается указывать, о какой доле идет речь: о массовой или о молярной (в случае смеси газов молярная доля совпадает с объемной).  Если в результате реакций в конвертере образуется смесь, в которой  суммарная объемная доля оксидов азота составляет 10 %, а доля азота 90 %, то эта смесь отличается от смеси, в которой суммарная массовая доля оксидов равна 10 %, а массовая доля азота 90 %. Следовательно, деятели программы PISA сделали логическую ошибку - амфиболия.  

Во-вторых, токсичные оксиды азота и монооксид углерода превращаются  в азот N2 и углекислый газ СO2. Из этого следует, что азот и углекислый газ - менее вредные, но все-таки вредные, по мнению пизовцев, газы. Видимо, они не знают, что если азота не будет в атмосфере, то все способное гореть, быстро сгорит. Азот при горении органических веществ в воздухе играет роль инертного разбавителя. Благодаря азоту, например, дерево горит медленно, а не быстро, как порох. Без углекислого газа любое растение умрет (вспомните о фотосинтезе). Следовательно, суждение  "Около 90% вредных выхлопных газов преобразуется в менее вредные" является ложным суждением. Из рисунка  ("каталитический конвертер" можно сделать вывод, что доля оксидов азота и угарного газа в выхлопных газах снижается на 90 %.

Анализ ответов 3) и 4):   3) Он превращает вредные газы в невредные, например, CO в CO2 (90%). 4) Диоксид углерода и азот не такие опасные, как моноксид углерода и оксиды азота. Авторы принимают в качестве правильных ответов суждения, которые противоречат друг другу. В ответе 3) утверждается, что углекислый газ не вреден, в ответе 4) говорится о том, что диоксид углерода и азот - опасные газы, но менее опасные, чем моноксид углерода и оксиды азота.

Вопрос 1 и ответы на него  не имеют никакого отношения к науке, в том числе к  использованию научных доказательств.  Из ответов видно, что учащиеся ничего не знают о процессах, происходящих в конвертере. Они просто комментируют, причем довольно косноязычно, данные на рисунке. Как и авторы задания, они, вероятно, не знают, в результате каких процессов снижается доля оксидов азота и угарного газа в выхлопных газах. Нет ни научных доказательств, нет и попыток объяснить данные на основе какой-либо химической модели. Чтобы определить, например, эффективность конвертера, необходимо провести сложный эксперимент.  Нужно измерить концентрации токсичных веществ в смеси газов, выходящих из двигателя (при различных режимах его работы) и конвертера  и обсудить полученные данные. 

   

Вопрос 2

    Изменения, которым подвергаются газы, происходят внутри каталитического конвертера. Объясните происходящее, используя слова  «атомы» И «молекулы».
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Ответ принимается полностью – 2 балла.

Процент российских учащихся, набравших данный балл  - 8,6

 Код 2: Высказывается основная мысль о том, что атомы перегруппируются и образуют другие молекулы; в ответе используются оба слова – и  атомы, и молекулы.

1) Молекулы расщепляются, и атомы объединяются для образования других молекул.

2) Атомы перераспределяются, образуя другие молекулы.

Ответ принимается частично – 1 балл.

Процент российских учащихся, набравших данный балл 20,7

Код 1: Выражает идею об изменении порядка расположения, но не использует оба понятия (атомы и молекулы) ИЛИ не демонстрирует понимание различия между атомами и молекулами.

3) Атомы перестраиваются, образуя другие вещества.

4) Молекулы превращаются в другие молекулы.

5) Атомы и молекулы соединяются или разъединяются, в результаты чего образуются менее вредные газы. [Не разделяются особенности атомов и молекул].

6) 2NO2=N2+2O    Краснянский: За этот ответ нужно было поставить МАКСИМАЛЬНЫЙ БАЛЛ. Смотрите пояснение в тексте.

Ответ не принимается

Код 0: Другие ответы, включая и те, в которых повторяется информация, приведенная в тексте.

7) Диоксид углерода превращается в моноксид углерода.

8) Молекулы расщепляются на более мелкие атомы. [Не указывается на то, что атомы перегруппируются.]

Код 9: Ответ отсутствует.

Тип вопроса: с открытым свободно-конструируемым ответом
Компетенция: научное объяснение явлений
Содержание: физические системы
Область применения: окружающая среда
Контекст: социальный

 Анализ  вопроса 2  и ответов на этот вопрос

Чтобь понять, о чем идет речь, нужно перевести словосочетание "изменения, которым подвергаются газы", с пизовского (плохого русского языка) на русский литературный язык.  Из анализа контекста, не без труда, можно выяснить, что речь идет о превращениях одних веществ в другие, то есть о химических реакциях. Оказывается, что авторы задания требуют от учащихся определение понятия "химическая реакция", почему-то используя вместо слов "превращение" или "химическая реакция" слово "изменение". 

Анализ ответа:   1) Молекулы расщепляются, и атомы объединяются для образования других молекул. Деятели программы PISA по сути требуют от учащихся, чтобы они рассказали о механизме реакций, которые идут в конвертере. Указать механизм реакции - это указать все промежуточные частицы, образующиеся во время реакции, и все элементарные (то есть протекающие в одну стадии) реакции с участием этих частиц.  Очень мало реакций, в которых молекулы сначала расщепляются на атомы, и затем атомы объединяются с образованием других молекул. Например, в фотохимической реакции водорода с хлором молекулы хлора распадаются на атомы и атомы хлора реагируют с молекулами водорода.   

Анализ ответа: 6) 2NO2=N2+2O2 . За этот ответ пизовцы, мало что понимая в химии, поставили всего 1 балл. Хотя за этот ответ надо было поставить максимальный балл. Учащийся написал уравнение химической реакции, то есть предложил знаковую модель одного из процессов, протекающих в конвертере. Эта модель объясняет уменьшение доли оксида азота(IV) в выхлопных газах и увеличение доли азота в смеси газов, выходящих из конвертера.   

Вопрос 3

     Проанализируйте газы, выделяемые каталитическим конвертером. Назовите одну проблему, решение которой должны найти инженеры и ученые, работающие с каталитическим конвертером, для того, чтобы получать менее вредные выхлопные газы.
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

ОЦЕНКА ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЯ

Ответ принимается полностью – 1 балл.
Процент российских учащихся, набравших данный балл - 24,7

Код 1: Приемлемые ответы должны быть связаны с улучшением, связанным  с удалением вредных газов (моноксид углерода и оксиды азота) ИЛИ с удалением диоксида углерода из газов, выбрасываемых в атмосферу.     

• Не весь моноксид углерода превращается в диоксид углерода.

• Происходит недостаточное преобразование оксидов азота в азот.

• Улучшить процентное соотношение моноксида углерода, преобразованного в диоксид углерода, и процентное соотношение оксидов азота, преобразованных в азот.

• Диоксид азота, образующийся в ходе работы конвертера, вместо выброса в атмосферу должен улавливаться.

Ответ не принимается

Код 0: Другие ответы.

• Более полное превращение вредных газов в менее вредные. [Необходимо указать хотя бы один из вредных газов.]

• Они должны получить менее вредные выхлопные газы.

• Они должны найти способ повторного использования вредных выхлопных газов.

• Они должны сделать устройство, которое работает на другом жидком топливе.

Код 9: Ответ отсутствует.

Тип вопроса: с открытым свободно-конструируемым ответом
Компетенция: использование научных доказательств
Содержание: физические системы
Область применения: окружающая среда
Контекст: социальный

 Анализ  вопроса 3  и ответов на этот вопрос

     Составители заданий  программы PISA-2006 считают, что необходимо удалять диоксид углерода из выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания. Над этим должны работать инженеры и ученые, работающие с каталитическим конвертером.  Все это вздор.

Доказательство

1.  Из средств массовой информации многие  знают, что техногенные выбросы углекислого газа приведут к глобальному (по всей Земле) потеплению климата, льды Антактиды расплавятся, повысится уровень океанов и морей, начнется потоп и т.д. Однако не все знают, что это всего лишь гипотеза. более того, по мнению многих это- наукообразный миф.

Политический анализ гипотезы (точнее - наукообразного мифа) о глобальном потеплении

На Западе создаются сложные физические  модели атмосферы, которые якобы подтверждают, что увеличение концентрации CO2 в атмосфере (которое действительно наблюдается) приведет к глобальному потеплению климата на Земле. Ученым, которые этим занимаются, дают большие средства. Но не все ученые поддерживают эту гипотезу, смотрите, например.  Они стараются...  Кому это нужно? Это нужно наиболее технологически развитым странам. Эти страны нищие, если принять во внимание, что у них очень мало природных ресурсов: нефти, газа, угля и других полезных ископаемых. Их народы пока неплохо живут только за счет разницы в уровне технологии и относительно дешевого сырья, которое закупают в технологически мало развитых странах. Как затормозить развитие стран, у которых полно угля, нефти, газа и прочих природных ресурсов?

Ответ: Навязать квоту на выброс углекислого газа!     Согласно Киотскому протоколу, каждой стране дали квоты на выброс CO2.  В России эта квота соответствует  выбросу диоксида углерода в 1991 году, когда у нас был кризис и не работала значительная часть промышленных предприятий.. Неясно, почему В.В. Путин ввязался в это дело (подписал Киотский протокол). Вероятно, у него были плохие консультанты по этому вопросу. В Российской Академии Наук не одобрили подписание Киотского протокола. Теперь, если мы захотим строить новые тепловые электростанции, работающие на мазуте, природном газе (метане), на  угле и др., которых у нас в России  на сотни и тысячи лет (скорее всего - навсегда, например, есть сведения о восстановлении со временем нефтяных и газовых месторождений), нужно будет платить миллиарды за эти квоту странам,  которые не использовали свои квоты (в полном объеме) на выброс углекислого газа. В общем, нашлись любители зарабатывать деньги торговлей воздухом, а точнее - углекислым газом.

  2.  Ни один химик не  станет работать над "проблемой" - как очищать выхлопные газы автомобилей от углекислого газа.  Во-первых, эта проблема следует не из научной теории, а из гипотезы. Во-вторых, при получении реагента, связывающего углекислый газ,  образуется больше углекислого газа (с учетом энергии, необходимой для получения реагента), чем то количество газа, которое он потом свяжет. Приведу один пример - гидроксид кальция.

   Самый дешевый поглотитель диоксида углерода - это гашеная известь, гидроксид кальция: Ca(OH)2 . При пропускании диоксида углерода через взвесь гидроксида кальция в воде быстро идет реакция:

 Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 +H2O    (1)

    Но чтобы получить гидроксид кальция, нужно сначала затратить энергию на обжиг известняка. Известняк - это в основном мелкокристаллический кальцит CaCO3.  При обжиге идет реакция:

  CaCO3 = CaO +CO2      (2)

  При взаимодействии оксида кальция с водой образуется гидроксид кальция:

CaO+H2O =  Ca(OH)2     (3)        

   Согласно реакциям (1) и (2), чтобы поглотить с помощью реакции (1) 1 моль углекислого газа, входящего в состав выхлопных газов, надо сначала выпустить в атмосферу 1 моль этого газа (см. реакцию (2)). На самом  деле в атмосферу попадет значительно больше диоксида углерода, потому что для проведения эндотермической реакции (2) необходимо сжечь значительное количество метана (это количество можно рассчитать):

CH4 + O2 = CO2 + 2H2O   (4)

   Нет способов поглощения углекислого газа, не требующих больших расходов энергии. А энергия (за исключением  ядерной) получается в результате сгорания угля, нефти и газа.  Солнечную и энергию ветра экономически выгодно преобразовывать в электрическую только в некоторых  регионах.

Вопрос 4

Насколько вам интересно следующее? Отметьте только одну клетку в каждой строке.

  
                                                                                       Очень интересно                 Интересно                  Мало интересно         Не интересно      

 

 

 Узнать, какие виды топлива,                                   
                                                
используемого в автомобильном
транспорте, отличаются по                                                                                   1                                       2                                                      3                                   4
количеству образуемых токсичных
газов.

b) Узнать больше о том, что
происходит в каталитическом                                                                               1                                        2                                                      3                                   4
конвертере.
 
c) Узнать о транспортных средствах,
которые не выбрасывают токсичных                                                                   1                                       2                                                      3                                   4
выхлопных газов.
 
Тип вопроса: на оценку отношений
Отношение: интерес к науке

 
 

Дополнение 1
 
Приложение 1 из отчета "Основные результаты международного исследования образовательных достижений учащихся PISA-2006 " (Москва. 2007):

Список российских участников исследования PISA-2006

Министерство образования и науки РФ: Фурсенко А.А., Калина И.И., Реморенко И.М., Тараданова И.И., Самылкина Н.Н.
Федеральная служба по надзору в сфере образования и науки: Болотов В.А., Шаулин В.Н.., Бархатова Т.А., Соловьев Б.Б.
Институт содержания и методов обучения РАО: Рыжаков М.В., Калинова Г.С., Корощенко А.С., Резникова В.З., Страут Е.К., Нурминский И.И., Логинова О.Б., Барабанов В.В., Дюкова С.Е.

Центр оценки качества образования ИСМО РАО: Ковалева Г.С., Краснокутская Л.П., Краснянская К.А., Красновский Э.А., Смирнова Е.С., Баранова В.Ю., Мельник И.Г., Кошеленко Н.Г., Нурминская Н.В., Воробьева Н.В. В работе также участвовали 45 региональных координаторов.

 Дополнение 2

   Я прошу  посетителей сайта сделать все возможное, чтобы добиться от властей экспертизы 25 - 30 % задач программ PISA-2000, PISA-2006 и PISA-2009. После экспертизы  можно будет ответить на вопрос: "Имеет ли какое-либо научное значение результаты проверки знаний и умений российских школьников по программам PISA?"  Ведь на основании результатов программы PISA часть нашей педагогической "элиты" собирается провести очередную модернизацию образования, то есть окончательно его разрушить.

Адрес Администрации Президента: Улица Ильинка, дом 23, 103132, Москва, Россия.

 

 

Обращение к гражданам России

 

 

 

Уважаемые соотечественники!

 

Мы живем в атмосфере лжи и полуправды. Нам говорят одно, думают другое, делают третье. Министерство образования и науки разрушает образование и науку, разрушает постепенно, но неуклонно. Бесполезно писать чиновникам, поскольку они понимают, что делают. 

Образование и наука - это мозг государства. Россия погибнет, если они будут разрушены. 

Во время Великой Отечественной войны многие на фронте и в тылу совершали подвиги для спасения Родины.

Я не прошу вас совершить подвиг. 

Я прошу вас написать письмо Президенту - только он сможет разогнать тех, кто разрушает образование и науку.

Неужели для спасения России у вас не найдется  10 минут, чтобы написать и послать письмо В.В. Путину?

На этом сайте десятки статей, из которых следует, что Минобрнауки разрушает образование и науку.

Как отправить письмо Президенту:  http://letters.kremlin.ru/

 

 

 

13 марта 2013 года. Анатолий Краснянский.

 


 


 

 

Ещё статьи:
Комментарии:
Нет комментариев

Оставить комментарий
Ваше имя
Комментарий
Код защиты

Copyright 2009-2015
При копировании материалов,
ссылка на сайт обязательна