Schulinternes Curriculum des Erzb. St. Joseph-Gymnasiums Rheinbach für das Fach Chemie Sekundarstufe II Jahrgangsstufe EF

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1 Schulinternes Curriculum des Erzb. St. Joseph-Gymnasiums Rheinbach für das Fach Chemie Sekundarstufe II Jahrgangsstufe EF

2 Chemie-Curriculum des Erzbischöflichen St. Joseph-Gymnasiums Rheinbach Einführungsphase Das Erzbischöfliche St. Joseph-Gymnasium Rheinbach legt einen Schwerpunkt auf den MINT-Bereich und hat es sich zum Ziel gesetzt, Interesse an naturwissenschaftlichen Fragestellungen zu wecken und die Schülerinnen und Schüler auf eine mögliche berufliche Zukunft im naturwissenschaftlichen Bereich vorzubereiten. Daher werden die naturwissenschaftlichen Fächer in den Jgst. 5 und 6 vierstündig als Fach Naturwissenschaften geführt. Dabei werden schon früh fachlich und ethisch fundierte Kenntnisse vermittelt. Diese liefern die Voraussetzung für das Finden eines eigenen Standpunktes und für verantwortliches Handeln auf der Grundlage eines christlichen Menschenbildes. Von besonderer Bedeutung sind hierbei die Aspekte Ehrfurcht vor dem Leben, Nachhaltigkeit, Bewahrung der Schöpfung und ethische Grundsätze. Dies ist für unsere Schule von besonderer Bedeutung, da sich die Schule in katholischer Trägerschaft befindet. Eine erste Begegnung mit dem Fach Chemie können die Schülerinnen und Schüler bereits im Naturwissenschafts-Unterricht der Jahrgangsstufen 5 und 6 machen. Der Chemie-Unterricht in der Mittelstufe beginnt erst in der Jahrgangsstufe 8 und wird bis zum Ende der Jahrgangsstufe 9 dreistündig unterrichtet. Durch die größere Abstraktionsfähigkeit fällt den älteren Schülerinnen und Schüler der Zugang zum Fach Chemie und seinen Modellvorstellungen leichter und die Unterrichtszeit von insgesamt 6 Jahreswochenstunden kann effektiver genutzt werden. Schon in der Mittelstufe bietet sich zudem die Gelegenheit, mit der Wahl des Faches Biologie/Chemie im Differenzierungsbereich einen naturwissenschaftlichen Schwerpunkt (Kl. 8 und 9) zu bilden. Besonderen Wert wird an der Schule auf das Einüben von Methoden gelegt. So hat das Fach Naturwissenschaften innerhalb der Schule die Aufgabe, den Schülerinnen und Schülern basale allgemeine Methoden, z.t. in Ergänzung zum Methodenunterricht im Fach Deutsch, zu vermitteln. Dazu gehören das Gestalten von Heftseiten und eines Inhaltsverzeichnisses, die Strukturierung von Aufzeichnungen, das Halten von Vorträgen, Mindmapping, das Erstellen von Plakaten, systematischer Aufbau und Durchführung von Versuchen sowie deren Protokollierung, das Erstellen von und Arbeiten mit Modellen und die Heranführung an Wettbewerbe durch die Teilnahme an Wettbewerben ( Chemie entdecken, dechemax ) und an der Internationalen Chemie-Olympiade. Die Schule verfügt über einen Chemie-Fachraum und zwei für den Chemieunterricht nutzbare integrierte naturwissenschaftliche Fachräume mit zugehörigen Vorbereitungsräumen und einer für alle Unterrichtsvorhaben hinreichenden Material- und Medienausstattung. Zusätzlich zu Internetzugängen in den Fachräumen stehen den Schülerinnen und Schülern zwei Computerräume, ein Klassensatz Tablets und ein gut ausgestattetes Medienzentrum für ihre Recherchen zur Verfügung. Alle durch die Stundentafel vorgesehenen Unterrichtseinheiten können durch Fachpersonal abgedeckt werden. In jedem Jahr können ohne Probleme neben den Grundkursen mindestens ein Leistungskurs eingerichtet werden. Durch die Kooperation mit lokalen Partnerinstitutionen (Klärwerk, Fachhochschule) können geeignete Unterrichtsinhalte praxisnah und praktisch bearbeitet werden.

3 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben I Kontext: Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Graphit und Diamant Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Stunden a 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: Bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren (UF4) Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: Modelle begründet auswählen und zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage chemischer Vorgänge verwenden, auch in einfacher formalisierter oder mathematischer Form (E6) An ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit naturwissenschaftlicher Regeln, Gesetze und Theorien beschreiben (E7) Kompetenzbereich Kommunikation: Chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen (K3) - Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur und Eigenschaft

4 Planung zum Unterrichtsvorhaben I Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Graphit, Diamant und mehr - Modifikation - Elektronenpaar- Bindung - Strukturformeln Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler......nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6)....stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3)....erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7)....beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4). Lehrmittel/ Materialien/ Methoden 1. Test zur Selbsteinschätzung Atombau, Bindungslehre, Kohlenstoffatom, Periodensystem 2. Gruppenarbeit Graphit, Diamant und Fullerene Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Der Einstieg dient zur Angleichung der Kenntnisse zur Bindungslehre, ggf. muss Zusatzmaterial zur Verfügung gestellt werden. s. Fachbereiche/Chemie auf Server Beim Graphit und beim Fulleren werden die Grenzen der einfachen Bindungsmodelle deutlich. (Achtung: ohne Hybridisierung) Elektronengasmodell innerhalb einer Schicht

5 Nanomaterialien recherchieren angeleitet und unter - Nanotechnologie vorgegebenen Fragestellungen - Neue Materialien Eigenschaften und Verwendungen - Anwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die - Risiken Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). stellen neue Materialien (aus Kohlenstoff) vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4). Diagnose von Schülerkonzepten: Selbstevaluationsbogen zur Bindungslehre Leistungsbewertung: Präsentation zu Nanomaterialien in Gruppen 1. Recherche zu neuen Materialien insbes. aus Kohlenstoff und Problemen der Nanotechnologie (z.b. Kohlenstoff-Nanotubes in Verbundmaterialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit in Kunststoffen) - Aufbau - Herstellung - Verwendung - Risiken - Besonderheiten 2. Präsentation (Poster, Museumsgang/ Kurzreferat + Handout) Die Präsentation ist nicht auf Materialien aus Kohlenstoff beschränkt. Lehrfilm (Wunderwelt Nanomaterialien) evtl. auch als Recherche-Quelle Themen: TiO 2, Fullerene, Nanotubes, Ruß, Graphen, potentielle Quellen: Wikipedia, BUND Unter vorgegebenen Rechercheaufträgen können die Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellungen entwickeln. (Niveaudifferenzierung, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler erstellen Lernplakate in Gruppen, beim Museumsgang hält jeder / jede einen Kurzvortrag.

6 Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Eine Gruppenarbeit zu Diamant, Graphit und Fullerene findet man auf den Internetseiten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich: Zum Thema Nanotechnologie sind zahlreiche Materialien und Informationen veröffentlicht worden, z.b.: FCI, Informationsserie Wunderwelt der Nanomaterialien (inkl. DVD und Experimente) (in Sammlung N210) Klaus Müllen, Graphen aus dem Chemielabor, in: Spektrum der Wissenschaft 8/12 Sebastian Witte, Die magische Substanz, GEO kompakt Nr

7 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Der Kohlenstoffkreislauf Störungen, Folgen und Alternativen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Stoffkreislauf in der Natur Anorganische und organische Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen Kohlenstoffverbindungen (UF1) Wiedergabe Gleichgewichtsreaktionen (UF4) Vernetzung Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: (E1)Probleme und Fragestellungen (E4)Untersuchungen und Experimente Kompetenzbereich Kommunikation: (K4) Argumentation Kompetenzbereich Bewertung (B3) Werte und Normen (B4) Möglichkeiten und Grenzen Zeitbedarf: ca. 38 Stunden a 45 Minuten Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur und Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Energie

8 Planung zum Unterrichtsvorhaben II Der Kohlenstoffkreislauf Störungen, Folgen, Alternativen Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen, Didaktisch-methodische Anmerkungen Vorkommen von Kohlenstoff in der Natur Kohlenstoffoxide und Kohlensäure Carbonate und Hydrogencarbonate, insbesondere Soda und Natron Kalkkreislauf in Natur und Technik Gleichgewichte CO 2(g)/CO 2(aq), CO 2/HCO 3-, CaCO 3/(HCO 3) 2 Kalk und Wasserhärte - Reaktion von Carbonaten mit Säuren - Reaktionsgeschwindigkeit - Faktoren, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen (Zerteilungsgrad, Konzentration, Temperatur, Druck, Katalysator) - Das Massenwirkungsgesetz Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch Konzentrations-, Temperaturund Druckänderung Der geologische Kohlenstoffkreislauf Die Schülerinnen und Schüler Führen qualitative Versuche unter gegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (E2, E4) Dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (Eigenschaften anorganischer Verbindungen und ihre Reaktionen) (K1) Beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung wichtiger anorganischer Kohlenstoffverbindungen (UF2) Erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustandes an ausgewählten Beispielen (UF1) Beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6) Interpretieren ein einfaches Energie-Reaktionsweg- Diagramm (E5) Beschreiben den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit (UF1, UF3) Erläutern an ausgewählten Reaktionen die Möglichkeiten Chemie heute SII Einführungsphase alternativ: Elemente Chemie EF Experimente zur Löslichkeit von CO2 in Wasser bei Variation der Bedingungen (z.b. Druck u. Temperatur) Reaktion von Kalkstein mit HCl: Messen der CO 2- Bildung gegen die Zeit Entsprechende Versuche zur Gleichgewichtsbeeinflussung Entsprechende Versuche zur Katalysatorwirkung

9 der Beeinflussung von Gleichgewichtslagen (UF3) Der globale Kohlenstoffkreislauf Der Kohlenstoffkreislauf in der Biosphäre (belebte Natur) Der globale Kohlenstoffkreislauf in Litho-, Atmo- und Hydrosphäre Vergleich von biologischem und geologischem Kohlenstoffkreislauf Der Treibhauseffekt Der natürliche Treibhauseffekt Der anthropogen bedingte Treibhauseffekt Fossile Brennstoffe und ihre Nutzung CO 2-Gehalt der Meere, der ph der Meere, Versauerung der Meere Folgen und Alternativen Energieeinsparung Alternative Energien Energie aus nachwachsenden Rohstoffen Veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffkreislauf graphisch oder durch Symbole (K3) Recherchieren Informationen (zum Kohlenstoffkreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2,K4) Unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen bedingten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1) Formulieren Fragestellungen zu Verbleib und Folgen anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids unter Einbezug von Gleichgewichten (E1) Formulieren Hypothesen zur Beeinflussung des Kohlenstoffkreislaufs (E3) Zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte und Techniken des Alltags auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2) Chemie heute SII Einführungsphase Chemie heute SII Einführungsphase

10 Atmosphäre im Wandel Klimageschichte und natürliche Klimaänderungen Aktuelle Klimaprognosen Globales Handeln (Klimakonferenzen) Beschreiben die Vorläufigkeit der Prognosen zum Klimawandel (E7) Beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffekts (B3) Zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des CO 2-Ausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4) Chemie heute SII Einführungsphase

11 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben III Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: 40 Std. a 45 Minuten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen UF2 Auswahl UF3 Systematisierung Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente Kompetenzbereich Kommunikation K2 Recherche K3 Präsentation Kompetenzbereich Bewertung B1 Kriterien B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Donator-Akzeptor

12 Planung zum Unterrichtsvorhaben III Vom Alkohol zum Aromastoff Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Lehrmittel/Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen, Didaktisch-methodische Anmerkungen Die Schülerinnen und Schüler Aromastoffe Vorkommen, Eigenschaften und Isolierung beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung von Aromastoffen(UF2) Chemie heute SII Einführungsphase alternativ: Elemente Chemie Einführungsphase Ethanol als Lösemittel Eigenschaften von Ethanol, Herstellung und Verwendung Stoffklasse der Alkohole Homologe Reihe Vorkommen Verwendung Eigenschaften, insbes. Löslichkeitseigenschaften und Siedetemperaturen Strukturisomerie und Nomenklatur nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle (E6) benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur IUPAC (UF3) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3) führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (z.b. Löslichkeitseigenschaften) (E2, E4) Evtl. Wiederholung der homologen Reihe der Alkane, Eigenschaften, verschiedene Formeln incl. Struktursymbol Isomerie u. Nomenklatur

13 Vom Alkohol zum Aldehyd bzw. Keton Oxidation von Alkoholen Redoxreaktionen, Oxidationszahlen Aufstellen von Redoxgleichungen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen, insbesondere Siedetemperaturen und Löslichkeit Aldehydnachweise Carbonsäuren in der Natur Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften von Carbonsäuren Herstellung von Carbonsäuren durch Oxidation von Alkoholen, bzw. Aldehyden Säureeigenschaft: Struktur-und Eigenschaftsbeziehungen beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung wichtiger Vertreter der Aldehyde und Ketone (UF2) erklären die Oxidation von Alkoholen auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2) beschreiben Beobachtungen von Experimenten zur Oxidation von Alkoholen und interpretieren diese mithilfe des Donator-Akzeptor- Prinzips(E2, E6) beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Eigenschaften und Verwendung wichtiger Vertreter der Aldehyde und Ketone (UF2) stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3) führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (Oxidation von Ethanol zu Essigsäure) (E2, E4) Vermutungen zu und experimentelle Überprüfung von Eigenschaften wichtiger Carbonsäuren

14 Esterbildung Mit Alkoholen und Carbonsäuren zu den Aromastoffen: Esterbildung dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (K1) ordnen Veresterungsreaktionen begründet dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion zu (UF1) benennen ausgewählte organische Übersicht über die organischen Stoffklassen Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur IUPAC (UF3) ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3) Gaschromatographie erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung und Quantifizierung eines Stoffes (E5) Vorführung der Gaschromatographie an der FH Bonn-Rhein-Sieg