Arbeit mit Tabellenwerken

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1 Kursthema 12.1: Grundlegende Phänomene chemischer Reaktionen UE: Was treibt chemische Reaktionen an? Was ist Energie? : Energieumwandlung Energieerhaltung (1. Hauptsatz der Thermodynamik) Energiebegriff in Alltags-. und Fachsprache innere Energie eines Stoffes als Summe aus Kernenergie, chemischer Energie und thermischer Energie Wirkungsgrad Beurteilung der Energieeffizienz Beurteilung verschiedener Energieträger Unterscheidung Enthalpie / Innere Energie Kalorimetrische Bestimmung von Reaktionsenthalpien Messen des Brennwerts von Lebensmitteln und Fehleranalyse durch Vergleich mit Literaturdaten Enthalpiediagramme; Aktivierungsenergie als Energiedifferenz zwischen Ausgangszustand und Übergangszustand Von den Standard-Bildungsenthalpien zur Reaktionsenthalpie Aufstellen und interpretieren von Enthalpiediagrammen; Theorie des Übergangszustandes; Darstellen der Katalysatorwirkung im Energiediagramm Arbeit mit Tabellenwerken Entropie als Maß für die Unordnung eines Systems Entropie als thermodynamische Wahrscheinlichkeit Gibbs-Helmholtz-Gleichung Berechnungen mit der Gibbs-Helmholtz-Gleichung zur Vorhersage der Freiwilligkeit einer Reaktion Energieentwertung als Zunahme der Entropie UE: Geschwindigkeit chemischer Reaktionen Definition der Reaktionsgeschwindigkeit: v = c/ t Abhängigkeiten der Reaktionsgeschwindigkeit von Temperatur, Druck, Konzentration und Zerteilungsgrad Geschwindigkeitsbegriff im Alltag Messung von Reaktionsgeschwindigkeiten Bestimmung von v über c-t-diagramme V: Planen und Durchführen geeigneter Versuche Geschwindigkeitsgleichung, Geschwindigkeitskonstante

2 Veranschaulichung mithilfe der Stoßtheorie; Bezug zur RGT-Regel UE: Chemische Reaktionen im Gleichgewicht Umkehrbarkeit als Phänomen, dynamisches Verknüpfung von Real- und Modellexperimenten Gleichgewicht Übertragbarkeit von Modellversuchen Bildgeschichte: Holzapfelkrieg Verschiebung des GG durch Temperatur, Druck und Anwendung von Le Chatelier Konzentration, NO 2 /N 2 O 4 -GG Wirkungsweise von Katalysatoren Recherche zu Katalysatoren in technischen Prozessen Beurteilung der Steuerung chemischer Reaktionen und der Gleichgewichtsreaktionen in Natur und Technik (Abgaskatalysator, Haber-Bosch-Verfahren Anwendungen HCO - 3 /CO GG, Höhenkrankheit) Fachsprachliche Umsetzung von Flussdiagrammen technischer Prozesse Gleichgewichtskonstante und Massenwirkungsgesetz; qualitativer Zusammenhang K <> Gleichgewichtslage mathematische Formulierung des MWG, Berechnungen mit dem MWG (K und GG- Konzentration), mathematische Beschreibung von GG-Beeinflussungen Ester-gleichgewicht

3 Kursthema 12.2: Donator-Akzeptor-Reaktionen UE: Elektrochemie in Alltag und Technik Redoxreaktionen als Elektronenübertragungsreaktion, Historische Entwicklung des Redoxbegriffs Redoxpaare Planung und Durchführung von Versuchen zur Redoxreihe der Metalle Alltagskontexte zu Redoxreaktionen herstellen Herausstellen des Donator/Akzeptor-Prinzips Oxidationszahlen und deren Veränderung bei chemischen Aufstellen von Redoxgleichungen über Teilgleichungen Reaktionen Oxidationszahl als formale Ladung; Aufbau und Funktion galvanischer Zellen, Skizzierung galvanischer Zellen elektrochemische Spannungsreihe, Zelldiagramm galvanische Zelle als Kopplung zweier Redoxgleichgewichte modellhafte Darstellung der elektrochemischen Doppelschicht elektrochemische Doppelschicht als Redoxgleichgewicht Planung und Durchführung von Versuchen zur Spannungsreihe Messen der Zellspannungen galvanischer Zellen Standard-Wasserstoffhalbzelle und Standardpotenzial Bedeutung der Standardisierung Arbeiten mit Standardpotenzialen zur Vorhersage des Reaktionsverlaufs Berechnung der Zellspannungen unter Standardbedingungen grafische Darstellung von Potenzialdifferenzen (K) Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials Potenzialberechnungen für Metall-Halbzellen Darstellung und Auswertung von Diagrammen zur Konzentrationsabhängigkeit des Elektrodenpotenzials Versuche mit Konzentrationszellen Verwendung der vereinfachten Nernst-Gleichung Bau und Funktion von Elektrolysezellen; Elektrolyse als Experimente zur Umkehrbarkeit der Reaktionen in der galvanischen Zelle Umkehrung der galvanischen Zelle Vergleich Elektrolysezelle, galvanische Zelle Skizzierung einer Elektrolysezelle Elektrolyse von Zinkiodid und Messung der Spannung; Vergleich der Polung und der Stromflussrichtung; Begriffe Zersetzungsspannung und Abscheidungspotenzial Technische Elektrolysen Recherche und Präsentation zu technischen Anwendungen von Elektrolysen (Chloralkali-

4 Elektrochemische Energieträger (Bau, Funktion und Unterschiede von Batterien, Akkumulatoren, Brennstoffzellen) UE: Protolysereaktionen in Alltag und Technik : Säure-Base-Theorie nach Brönsted, Korrespondierende Säure/Base-Paare, Ampholyte Protolysereaktionen als GG-Reaktionen, Hydronium- Ionen, Autoprotolyse und ph-wert, ph-skala Stärke von Säuren: K s als Sonderform der Gleichgewichtskonstante; Bedeutung des pk S -Wertes; analoges für den pk B -Wert Differenzierung von starken und schwachen Säuren mithilfe der pk s - und pk B -Werte; Neutralisationsreaktion als Protolyse Säure/Base-Titration, Säure/Base-Indikatoren als schwache Brönsted-Säuren bzw. Basen Beschreibung von Puffersystemen Interpretation von Puffersystemen als Säure/Base- Elektrolyse oder Aluminiumgewinnung) Bewertung von Redoxsystemen in Alltag und Technik (Probleme der Verfahren) Recherche und Präsentation zu den elektrochemischen Energiequellen Entwicklung von Beurteilungskriterien für technische Systeme Beurteilung der Einsatzmöglichkeiten elektrochemischer Energiequellen Reflexion der Entwicklung des Säure/Base-Begriffs Säuren und Basen in Alltag, Technik und Umweltbereichen Beurteilung der Verwendung von Säuren und Basen im Alltag und Technik Konzentrationsberechnungen mithilfe des Ionenprodukts des Wassers Zusammenhang zwischen ph-wert und Konzentration der Hydronium-Ionen ph-wert-angaben im Alltag mit Abschätzung des Gefahrenpotenzials von wässrigen Lösungen Messen von ph-werten von Lösungen und Alltagsprodukten Formulierung von Protolysegleichungen Experimentelle Bestimmung des pk S -Wertes einer einprotonigen Säure aus dem ph-wert Arbeiten mit Tabellenwerken und nutzen pk s / pk B -Werte zur Vorhersage von Säure/Base- Reaktionen Zusammenhang zwischen pk S - und pk B -Werten Berechnung der ph-werte starker und schwacher einprotoniger Säuren Durchführung von Titrationen zur Konzentrationsbestimmung verschiedener saurer und alkalischer Lösungen Berechnung der Stoffmengenkonzentration Erstellen von Titrationskurven sowie Präsentation und Diskussion quantitative Auswertung zentraler Punkte von Titrationskurven (Äquivalenzpunkt, Neutralpunkt, Halbäquivalenzpunkt, Anfangs-pH-Wert) qualitativer Nachweis der Pufferwirkung im Experiment (FM), Puffersysteme in der Umwelt und in biologischen Systemen

5 Gleichgewicht Ableitung der Bedeutung von Puffersystemen grafische Ermittlung des Halbäquivalenzpunkts Formulierung von Protolysegleichgewichten Anwendung der Henderson-Hasselbalch-Gleichung Kursthema 13.1: Vom Rohstoff zum Syntheseprodukt UE: Erdöl zum Verbrennen zu schade Zusammensetzung von Erdöl und Erdgas Beschreibung der Aufbereitung von Erdöl durch fraktionierte Destillation Unterscheidung anorganischer und organischer Stoffe begründete Zuordnung von Stoffen zu Stoffgruppen und Nutzung geeigneter Einteilung anorganischer Stoffe in Metalle, Nichtmetalle, Formelschreibweisen Ionen- und Molekülverbindungen Differenzierung zwischen Molekül- und Verhältnisformel Prinzip der Gaschromatografie Nutzung der Gaschromatografie zur Erkennung von Gemischen Klimawandel und Treibhauseffekt Beurteilung wirtschaftlicher Aspekte und Stoffkreisläufe unter dem Dreieck der Nachhaltigkeit (Ökonomie, Ökologie, Soziales) Sensibilisierung für umweltgerechtes Handeln im Alltag UE: Vom Alkan zum Aromastoff - Vielfalt organischer Reaktionen Alkane Erstellen homologer Reihen und Anwenden der IUPAC-Nomenklatur (FM); Alkene: EPA-Modell, Konstitutionsisomerie und cis-trans- Nutzung geeigneter Modelle zur Moleküldarstellung Isomerie Anwendung des EPA-Modells Einfach- und Mehrfachbindungen Diskussion der Grenzen von Modellen Bedeutung der eindeutigen Nomenklatur (Fachsprache) Untersuchung von Stoffeigenschaften fachsprachlich saubere Anwendung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf die Siedetemperaturen und die Löslichkeit Erklärung von Stoffeigenschaften mithilfe der Molekülstruktur sowie der Polarität von Bindungen Mechanismus der radikalischen Substitution, Experimente zur S R -Reaktion

6 Mehrfachsubstitution Ozonproblematik Mechanismus der elektrophilen Addition, Induktionseffekte Konkurrenz zwischen reagierenden Teilchen; Regel von Markownikow (Addition asymmetrischer Verbindungen) Molekülstruktur und funktionelle Gruppen von organischen Sauerstoffverbindungen (Alkanole, Alkanale, Alkanone, Ether, Carbonsäuren, Ester) Oxidationszahlen Induktive und mesomere Effekte als Erklärung der Säurestärke organischer Säuren. UE: Aromaten von Sonnencremes und TNT Aromatizität, Mesomerie, Mesomerieenergie des Benzols Versprachlichung des Mechanismus Reflexion der Bedeutung von Reaktionsmechanismen Anwendung der IUPAC-Nomenklatur auf Halogenalkane Aufstellen und Interpretation eines Energiediagramms Brom als Nachweis für Doppelbindungen Versprachlichung des Mechanismus Diskussion über die Bedeutung von Nachweisen Vorhersage der entstehenden Produkte in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen Erstellen homologer Reihen und Anwenden der IUPAC-Nomenklatur Untersuchung von Stoffeigenschaften fachsprachlich saubere Anwendung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen auf die Siedetemperaturen und die Löslichkeit Bedeutung funktioneller Gruppen Fehling-Probe bei reduzierend wirkenden organischen Stoffen Beschreiben von Redoxreaktionen anhand organischer Moleküle Hückel-Regel Grenzstrukturen für das Benzol-Molekül historische Betrachtung der Leistung von Kekulé Anwendung des Mesomerie-Modells zur Erklärung des aromatischen Zustandes Darstellung der Mesomerieenergie des Bezols in einem Energiediagramm Darstellung des Syntheseweges einer organischen Verbindung Vernetzung des Donator-Akzeptor-Konzepts durch Protolyseeingeschaften von Phenol und Anilin bzw. Redoxreaktionen der Diphenole

7 Kursthema 13.2: Organische Makromoleküle UE: Kunststoffe im Alltag Einteilung der Kunststoffe (Duroplaste, Thermoplaste, Elastomere) Recycling von Kunststoffen (thermisch, rohstofflich, werkstofflich) Reaktionen: Polykondensation und radikalische Polymerisation UE: Bausteine des Lebens Klassifizierung von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten Molekülstruktur der Aminosäuren Untersuchungen von Kunststoffen Recherche von Anwendungsbereichen für Kunststoffe Beurteilung von Kunststoffen im Alltag Beurteilung des Kunststoffrecyclings unter Einbeziehung des Dreiecks der Nachhaltigkeit Mechanismus der radikalischen Polymerisation; Darstellung der Struktur-Eigenschaftsbeziehungen bei Makromolekülen Unterscheidung reaktiver Teilchen Untersuchung der Eigenschaften ausgewählter Naturstoffe (FM); Nachweis funktioneller Gruppen durch spezifische Nachweisreaktionen (Fehling-Probe, Iod-Stärke-Reaktion ) Diskussion der Bedeutung von Nachweisreaktionen fachsprachliche Darstellung des Zusammenhangs zwischen Molekülstrukturen und Stoffeigenschaften (K)