II. Lehrplan für die Sekundarstufe II

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1 II. Lehrplan für die Sekundarstufe II Der schulinterne Lehrplan für die Sekundarstufe II im Fach Chemie orientiert sich an den Richtlinien und Lehrplänen der Sekundarstufe II (Gymnasium/Gesamtschule). In Anlehnung an die Lehrpläne der Sekundarstufe I wird eine Kontextualisierung bei der Umsetzung der einzelnen vorhaben angestrebt. Verbindliche Kontexte werden mit der Implementation der neuen Kernlehrpläne für die Sekundarstufe II in den schulinternen Lehrplan aufgenommen. Als Lehrinhalte wurden festgelegt: Stufe 11 Leitthema: Ablauf und Steuerung chemischer Reaktionen in Natur und Technik EF Themenfelder: - Reaktionsfolge aus der organischen Chemie - Ein technischer Prozess - Stoffkreislauf in Natur und Umwelt Stufe 12 Leitthema: Chemie in Anwendung und Gesellschaft Q1 Themenfelder: - Analytische Verfahren zur Konzentrationsbestimmung - Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie - Reaktionswege zur Herstellung von Stoffen in der organischen Chemie Stufe 13 Leitthema Chemische Forschung: Erkenntnisse und Produkte Q2 Themenfelder - Farbstoffe und Farbigkeit - Natürliche und Synthetische Werkstoffe Für die Stufe 11 (EF) werden die Inhalte genauer festgelegt: - Kohlenstoffdioxid, Nachweisreaktion, Kohlensäure, Carbonate, Kalk, Kohlenstoffdioxid- Kreislauf in der Natur und der Technik - Oxidationsreihe der Alkanole: Alkanale und Alkanone, Alkansäuren, Ester - Nachweisreaktionen: Fehling, Silber-Spiegel - Oxidationszahlen - Homologe Reihe, IUPAC-Nomenklatur - Chemisches Gleichgewicht: Massenwirkungsgesetz, Prinzip von Le Chatelier, einfache Anwendungen und Berechnungen zum chemischen Gleichgewicht - Molare Masse, Stoffmenge, Stoffmengenkonzentration und zugehörige Berechnungen - Säure-Base-Titration zur quantitativen Bestimmung der Stoffmengenkonzentration von Säuren /Laugen - Ein technischer Prozess: Ammoniaksynthese / Gewinnung von Aromastoffen Die Umsetzung der Vorhaben in den einzelnen Themenfeldern der Stufen 12 und 13 erfolgt entsprechend der Vorgaben und fachlichen Hinweise zum Zentralabitur für die einzelnen Abiturjahrgänge. Da die Vorgaben des Zentralabiturs für die Stufe 13 wahlweise die Bearbeitung des Theoriekonzepts: Das aromatische System oder des Theoriekonzepts Makromoleküle zulassen, wird zurzeit nach Beschluss der Fachkonferenz in der Stufe 13 das Theoriekonzept Das aromatische System erarbeitet. Typische Erkenntnisprozesse und Problemstellungen innerhalb der Themenfelder in der Sekundarstufe II: - Durchführung von Experimenten Beschreibung und Deutung von Beobachtungen kritische Bewertung von Versuchsergebnissen - Quantitative Behandlung von Reaktionen (Verwendung von Größengleichungen) Mathematische Verknüpfung von Messergebnissen - Arbeiten mit Modellvorstellungen 53

2 Leistungsbewertung Die Leistungsbewertung erfolgt nach den Vorgaben der Richtlinien, wobei neben den Klausuren (und Facharbeit in der Stufe 12) in der sonstigen Mitarbeit Versuchsvorbereitungen, - durchführung und protokoll, Referate, Beiträge zum Unterrichtsgespräch sowie Mitarbeit in Gruppenarbeiten und Projekten bewertet werden. Die Bewertung bezieht inhalts- und prozessbezogene Kompetenzen ein. Bis zu zwei schriftlichen Übungen sind nach Ermessen der unterrichtenden Lehrperson fakultativ. 54

3 Inhaltsfeld 11: Organische Chemie Verwendete Kontexte: - vom Traubenzucker zum Alkohol - Moderne Kunststoffe Voraussetzungen sind das Inhaltsfeld 2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen (Synthese und Analyse, Energiediagramme, Aktivierungsenergie), das Inhaltsfeld 3 Luft und Wasser (Treibhauseffekt durch menschliche Eingriffe), das Inhaltsfeld 8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung (Elektronenpaarbindung, Elektronenpaarabstoßungsmodell, Dipol, Wasserstoffbrückenbindung), das Inhaltsfeld 9 Saure und alkalische Lösungen (Ionen in sauren und alkalischen Lösungen, Protonenabgabe und -aufnahme), das Inhaltsfeld 10 Energie aus chemischen Reaktionen ( Nachwachsende Rohstoffe, Bioethanol, Alkane) Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise 16 h Vom Traubenzucker zum Alkohol Zucker Produkt der Fotosynthese Methodischer Hinweis: Einstieg über Anknüpfen an Fotosynthese Untersuchung von Zucker: Verbrennung (Nachweis von C, H) Löslichkeit MII2 Vielfalt d. Stoffe u. Eigenschaften auf d. Basis unterschiedlicher Anordnung von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären MII5 Kräfte zwischen Molekülen als V.-d.-Walls-Kräfte, Dipol-Dipol-Wechselwirkungen und Wasserstoffbrücken bezeichnen MII4 Zusammensetzung von Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen Fachbegriffe Fotosynthese Glucose Wasserstoffbrückenbindung Alkoholische Gärung Exp. zur alkoholischen Gärung mit CO 2 -Nachweis Bedeutung der Gärung zur Energiebereitstellung Gärung Alkohol, Ethanol 55

4 (Zucker als Energielieferant) CII4 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben und dabei in quantitativen Aussagen die Stoffmenge benutzen und einfache stöchiometrische Berechnungen durchführen CII5 chem. Reaktionen zum Nachweis chemischer Stoffe benutzen (hier: Kalkwasserprobe Exp. Verbrennung von Alkohol Rückführung der Verbrennungsprodukte in den Prozess der Fotosynthese CII9 eine Stoffkreislauf als Abfolge verschiedener Reaktionen deuten Wirkung von Alkohol auf den Menschen z.b. Seiten der bzga eventuell: Großtechnische Herstellung von Bioethanol Fächerübergreifender Unterricht mit dem Fach Biologie Kalkwasserprobe Kohlenstoffkreislauf (ausschnittweise) PE4 führen Exp. durch und protokollieren sie PE5 recherchieren in unterschiedlichen Quellen und werten Daten, Untersuchungsmethoden, Informationen kritisch aus PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete 56

5 Homologe Reihe der Alkanole, Funktionelle Gruppe (Hydroxygruppe) und deren Einfluss auf die Eigenschaften und das Reaktionsverhalten Schlussfolgerungen. PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf. PK4 beschreiben, veranschaulichen, erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggf. unter Verwendung von Modellen und Darstellungen PB4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zur Erhaltung der eigenen Gesundheit PB 10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf. Ex.: Löslichkeit Ethanol ein Lösungsmittel für polare und unpolare Substanzen Sdt. der Alkanole Einsatz der Modellbaukästen zur Verdeutlichung der molekularen Strukturen Fakultativ: Polyalkohole MII2 Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis der Kombination und Anordnung mit Hilfe der Bindungsmodelle erklären MII3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. Alkanole, Hydroxygruppe v.-d.-waals-kräfte / Wasserstoffbrückenbindung (Wbb.) Prinzip Gleiches löst sich in Gleichem 57

6 Einsatz von Katalysatoren im biotechnologischen Prozess MII4 Zusammensetzung und Strukturen der Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweise darstellen MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-k., Dipol-Dipol-WW., Wbb. bezeichnen PE3 analysieren Unterschiede und Ähnlichkeiten durch kriteriengeleitetes Vergleichen PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. Oxidation von primären Alkanolen zu Alkansäuren am Bsp. der Essigsäureherstellung Biotechnologische Verfahren zur Herstellung von Zitronen-/ Essigsäure durch Internetrecherche und/oder Exp. bensm/bioleb-411.html pdf EII5 Einsatz von Katalysatoren in technischen und biochemischen Prozessen beschreiben und begründen PE4 führen Exp. durch und protokollieren sie PE5 recherchieren in unterschiedlichen Quellen und werten Daten, Informationen, Untersuchungsergebnisse kritisch aus Biokatalysator 58

7 Funktionelle Gruppe: Carboxylgruppe PE9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab PK1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig PK9 protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen, Diskussionen in angemessener Form PK10 recherchieren zu chemischen Sachverhalten in unterschiedl. Quellen und wählen themenbezogene und aussagekräftige Informationen aus PB13 Diskutieren und bewerten gesellschaftl. relevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven, auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung Exp. Löslichkeit, ph-wert am Bsp. der Essigsäure (fakultativ: Zitronensäure, weitere Carbonsäuren) Vergleich von Sdt., Smt. MII2 Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis der Kombination und Anordnung mit Hilfe der Bindungsmodelle erklären MII3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. MII4 Zusammensetzung und Strukturen der Stoffe mit Carbonsäure, Essigsäure, Zitronensäure Carboxylgruppe 59

8 12 Moderne Kunststoffe Polyester aus nachwachsenden Rohstoffen Hilfe von Formelschreibweise darstellen) MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-k., Dipol-Dipol-WW., Wbb. Bezeichnen PE3 analysieren Unterschiede und Ähnlichkeiten durch kriteriengeleitetes Vergleichen PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen. Exp. Herstellung eines Polyesters aus Glycerin und Zitronensäure (fakultativ Herstellung von Estern als Aromastoffe) Modellbaukästen zur Verdeutlichung der Reaktion Vergleich des synthetisierten Produkts mit herkömmlichen Kunststoffen vornehmlich aus Styrol (s.u.) CII2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungen bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen CII4 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben CII10 wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern CII11 das Schema der Veresterung zwischen Alkoholen Ester Säurekatalyse Polyester Makromolekül 60

9 und Carbonsäuren vereinfacht erklären MII2 die Vielfalt der Stoffe und ihre Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombination und Anordnung von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären MII4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-k., Dipol-Dipol-WW., Wbb. erklären [Wenn fakultativ Ester als Aromastoffe hergestellt werden und deren Eigenschaften untersucht werden MII3 Kenntnisse über die Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen EII5 Einsatz von Katalysatoren in technischen und biochemischen Prozessen beschreiben und begründen] PE2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind PE4 führen qualitative Experimente durch und protokollieren diese PK 1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig. PK4 61

10 Polystyrol beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. PB2 stellen Anwendungsbereiche und Beruffelder dar, in denen chemische Kontexte bedeutsam sind PB7 nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge. PB11 nutzen fachtypische und vernetze Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen Synthese von Polystyrol / Eingießen von Gegenständen in transparentes Polystyrol ( Polystyrol / Styropor Eigenschaften, Untersuchung der Treibgase durch Gaschromatographie, (in Zusammenarbeit mit dem Fach Technik im Sinne des fachübergreifenden Projekts: Verarbeitung und Verwendung) Fakultativ: Produktlinienanalysen und Vergleich von Verpackungen aus Polystyrol / Styropor und aus nachwachsenden Rohstoffen CII2 mit Hilfe eines angemessenen Atommodells und Kenntnissen des Periodensystems erklären, welche Bindungen bei chemischen Reaktionen gelöst werden und welche entstehen CII4 Polymerisation Polymer Monomer Katalysator Gaschromatographie Prinzip der Trennung und der Identifikation von Stoffen Treibgas 62

11 Stoffe durch Formeln und Reaktionen durch Reaktionsgleichungen beschreiben CII10 wichtige technische Umsetzungen chemischer Reaktionen vom Prinzip her erläutern MII2 die Vielfalt der Stoffe und ihre Eigenschaften auf der Basis unterschiedlicher Kombination und Anordnung von Atomen mit Hilfe von Bindungsmodellen erklären MII4 Zusammensetzung und Strukturen verschiedener Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweisen darstellen MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-k., Dipol-Dipol-WW., Wbb. erklären EII5 Einsatz von Katalysatoren in technischen und biochemischen Prozessen beschreiben und begründen PE2 erkennen und entwickeln Fragestellungen, die mit chemischer und naturwissenschaftlicher Kenntnisse und Untersuchungen zu beantworten sind PE4 führen qualitative Experimente durch und protokollieren diese PK1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig PK4 beschreiben, veranschaulichen oder erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache und mit Hilfe geeigneter Modelle und Darstellungen. 63

12 PB 2 stellen Anwendungsbereiche und Beruffelder dar, in denen chemische Kontexte bedeutsam sind PB3 nutzen chemisches und naturwissenschaftliches Wissen zum Bewerten von Chancen und Risiken bei ausgewählten Beispielen moderner Technologien und zum Bewerten und Anwenden von Sicherheitsmaßnahmen bei Experimenten und im Alltag PB 7 nutzen Modelle und Modellvorstellungen zur Bearbeitung, Erklärung und Beurteilung chemischer Fragestellungen und Zusammenhänge PB10 Erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen Bezüge auf PB11 nutzen fachtypische und vernetze Kenntnisse und Fertigkeiten, um lebenspraktisch bedeutsame Zusammenhänge zu erschließen PB13 diskutieren und bewerten gesellschaftsrelevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven, auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung Inhaltsfeld 10: Energie aus chemischen Reaktionen - Zukunftssichere Energiegewinnung Verwendete Kontexte: - Elektrisch mobil - Kraftstoffe: begehrte Ressourcen 64

13 Voraussetzungen sind das Inhaltsfeld 2 Stoff- und Energieumsätze bei chemischen Reaktionen (Synthese und Analyse, Energiediagramme, Aktivierungsenergie), das Inhaltsfeld 3 Luft und Wasser (Treibhauseffekt durch menschliche Eingriffe), das Inhaltsfeld 8 Unpolare und polare Elektronenpaarbindung (Elektronenpaarbindung, Elektronenpaarabstoßungsmodell, Dipol, Wasserstoffbrückenbindung), die Inhaltsfelder 4/7 Metalle mit Reduktion Oxidation Zeitbedarf Möglicher Unterrichtsgang Verwendete konzeptbezogene Kompetenzen Mögliche prozessbezogene Kompetenzen und methodische Hinweise h Einstieg: Anknüpfen an den Redoxbegriff und dessen Transformation bzw. Neufassung Methodischer Hinweis: Einstieg über Betrachtung verschiedener Batterien: Silberoxid und Zink-Luft Öffnen der Batterien geladen und entladen Zuordnung der Stoffe und Reaktionen Spannungs- u Strommessung (Messgerät, Motor, Lampe) Tabellarischer Vergleich Reaktion, Polung usw. Fachbegriffe Redoxbegriffe Galvanische Zelle und Batterie Pluspol Minuspol Elektronenabgabe und Aufnahme Rückgriff Elektrolyse Erweiterung auf Zink-Brom, Alkalimangan und Lithiumbatterie Fortführung der Tabelle und allgemeine Begriffsdefinition: Polung usw. Elektrolyse als Umkehrung der galvanischen Zelle und laden des Akkus, Bleiakku als bedeutende techn. Anwendung und Li-Ion-Akku als elektrochemischer Energieträger im mobilen Auto Anode - Kathode Reduktion - Oxidation Akkumulator Redoxreaktion als Verbrennung und elektrochemisch Wo kommt der Strom her? CII9 eine Stoffkreislauf als Abfolge verschiedener Reaktionen deuten Energieumwandlung und Bezug CO2-Kreislauf 65

14 Homologe Reihe der Alkane, Isomerie und Benennung Reaktionen deuten Wärmekraftwerk, Windkraft und Fotovoltaik PE4 führen Exp. durch und protokollieren sie PE5 recherchieren in unterschiedlichen Quellen und werten Daten, Untersuchungsmethoden, Informationen kritisch aus PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen PE 11 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen gesellschaftlichen Entwicklungen und Erkenntnissen der Chemie auf PK4 beschreiben, veranschaulichen, erklären chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache, ggf. unter Verwendung von Modellen und Darstellungen PB4 beurteilen an Beispielen Maßnahmen und Verhaltensweisen zum Umweltschutz und sorgfältigem Umgang mit Rohstoffen PB10 erkennen Fragestellungen, die einen engen Bezug zu anderen Unterrichtsfächern aufweisen und zeigen diese Bezüge auf Ex.: Löslichkeit Alkane Sdt. der Alkane Einsatz der Modellbaukästen zur Verdeutlichung der Alkane v.-d.-waals-kräfte / Prinzip Gleiches löst sich in Gleichem fraktionierte Destillation 66

15 Verbrennungsprozesse im Pkw-Motor Einsatz von Katalysatoren im technologischen Prozess molekularen Strukturen Entstehung und Gewinnung von Eröl / Erdgas Verarbeitung von Erdöl MII2 Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis der Kombination und Anordnung mit Hilfe der Bindungsmodelle erklären MII3 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. MII4 Zusammensetzung und Strukturen der Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweise darstellen MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-kräfte., Dipol-Dipol-WW., Wbb. bezeichnen PE3 analysieren Unterschiede und Ähnlichkeiten durch kriteriengeleitetes Vergleichen PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen Redoxgleichung, CO2-Bilanz, Brennbarkeit und Zündtemp. versch. Alkane, Versuch zum Klopfen und Explosion im Motor EII5 Einsatz von Katalysatoren in technischen Prozessen beschreiben und begründen Cracken Katalysator Bezug Verbrauch CO2-Ausstoß Energieumwandlung 67

16 PE4 führen Exp. durch und protokollieren sie PE5 recherchieren in unterschiedlichen Quellen und werten Daten, Informationen, Untersuchungsergebnisse kritisch aus PE9 stellen Zusammenhänge zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen her und grenzen Alltagsbegriffe von Fachbegriffen ab Regenerative Brennstoffe PK1 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig PK9 protokollieren den Verlauf und die Ergebnisse von Untersuchungen, Diskussionen in angemessener Form PK10 recherchieren zu chemischen Sachverhalten in unterschiedl. Quellen und wählen themenbezogene und aussagekräftige Informationen aus PB13 diskutieren und bewerten gesellschaftl. relevante Aussagen aus unterschiedlichen Perspektiven, auch unter dem Aspekt der nachhaltigen Entwicklung Ex.: Herstellung Bio-Diesel, baylab-plants, Biogas Bioalkohol MII2 Vielfalt der Stoffe und ihrer Eigenschaften auf der Basis der Kombination und Anordnung mit Hilfe der Bindungsmodelle erklären MII3 68

17 Kenntnisse über Struktur und Stoffeigenschaften zur Trennung, Identifikation, Reindarstellung anwenden und zur Beschreibung großtechnischer Produktion von Stoffen nutzen. MII4 Zusammensetzung und Strukturen der Stoffe mit Hilfe von Formelschreibweise darstellen MII5 Kräfte zwischen Molekülen als v.-d.-waals-k., Dipol-Dipol-WW., Wbb. Bezeichnen PE3 analysieren Unterschiede und Ähnlichkeiten durch kriteriengeleitetes Vergleichen PE 8 interpretieren Daten, Trends, Strukturen und Beziehungen, erklären diese und ziehen geeignete Schlussfolgerungen 69