A n n e - Fr a n k - G ymnasium Werne

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1 A n n e - Fr a n k - G ymnasium Werne Städt. Gymnasium für Mädchen und Jungen Schulinternes Curriculum zum Kernlehrplan (2013) für die gymnasiale Oberstufe am Anne-Frank- Gymnasium für das Fach Chemie 3. Auflage (ed. Brunnert) Aktualisierung der letzten Fassung vom 31. Januar 2016 Stand: 17. Dezember 2016

2 Inhaltsverzeichnis 1 Die Chemie-Fachschaft am Anne-Frank-Gymnasium... S Entscheidungen zum Unterricht... S Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen... S Qualitätssicherung und Evaluation... S. 74

3 1 Die Chemie-Fachschaft am Anne-Frank-Gymnasium Das Anne-Frank-Gymnasium besuchen zurzeit etwa 660 SchülerInnen. Es befindet sich am Werner Stadtrand. Im nahe gelegenen Bergkamen befindet sich das Chemieunternehmen Bayer, mit dem unsere Gymnasiasten im Zuge von Wettbewerben (z.b. Tag der Chemie, Internationale Chemieolympiade), Berufsorientierungspraktika und naturwissenschaftlichen Exkursionen bzw. Betriebsbesichtigungen in enger Verbindung stehen. Auf diese Weise können die SchülerInnen sich über naturwissenschaftlich-technische Berufe und naturwissenschaftliche Studiengänge informieren und eigene Einblicke in den Bereich der Chemie und Pharmazie gewinnen. Unser Gymnasium kooperiert in der Oberstufe mit dem nahe gelegenen Gymnasium St. Christophorus (siehe unten). Die Lehrerbesetzung unseres Gymnasiums ermöglicht einen ordnungsgemäßen sowie ungekürzten Fachunterricht in der Sekundarstufe I und II. Die Fachschaft besteht aus folgenden Mitgliedern, die hier alphabetisch aufgeführt sind (vgl. auch die Lehrerübersicht auf unserer Internetpräsenz Herr Averbeck, StR Herr Brunnert, StR Frau Gößling, OStR' Frau Greber, StD' Herr Hierl, StD Herr Kluger, StD Chemie, Sport Chemie, Englisch Chemie, Latein Chemie, Biologie, Musik Chemie, katholische Religionslehre Chemie, Mathematik Zurzeit (Dezember 2016) hat Herr Averbeck den Fachvorsitz Chemie und wird von Herrn Brunnert sowie Herrn Hierl vertreten. Herr Brunnert ist mit der Sammlungsleitung beauftagt worden. Zudem ist er Gefahrstoffbeauftragter. Unsere Schule bietet zum Schuljahr 2015/16 zum ersten Mal für die neuen Sextaner eine dreigefächerte Wahlmöglichkeit an. So können sie eine Wahl aus den drei Bereichen MINT, Sprache/ Bilingual sowie Sport treffen (vgl. Schulprogramm auf unserer Homepage und im Zuge der MINT- Profilierung kommen sie auch mit einem vertieften Chemie-Angebot in Kontakt.

4 Neben dieser Neuerung der MINT-Profilierung wählen seit langen Jahren viele AFG-SchülerInnen die Bio/Chemie-Differenzierungskurse in der Jahrgangsstufe 8. Diese Bio/Chemie-Diff-Kurse setzten sich schwerpunktmäßig mit chemischen sowie biochemischen Zusammenhängen auseinander. So machen sich die jungen Naturwissenschaftler auf, um beispielsweise Gewässer zu analysieren und Bodenproben experimentell zu untersuchen. Überdies wird eine AG zur Internationalen Chemieolympiade für Chemieinteressierte ab Jahrgangsstufe 9 angeboten. In der Sekundarstufe I wird in den Jahrgangsstufen 7, 8 und 9 Chemie im Umfang der vorgesehenen zwei Stunden pro Woche unterrichtet, wohingegen der Wahlpflichtbereich, also der Bio/Chemie-Differenzierungs-Kurs, mit drei Stunden pro Woche stattfindet. In der Oberstufe wird das Fach Chemie in der Regel in der Einführungsphase mit zwei bis drei Grundkursen, in der Qualifikationsphase je Jahrgangsstufe mit ein bis zwei Grundkursen und in der Regel mit einem Leistungskurs vertreten. Dieser Leistungskurs wird seit Jahren erfolgreich in enger Kooperation mit dem Gymnasium St. Christophorus angeboten, d.h. der LK-Unterricht wird abwechselnd am AFG bzw. am GSC erteilt. Die Kooperation ermöglichte in der Vergangenheit jedes Jahr die Einrichtung sowohl eines Chemie-Leistungskurses als auch eines Physik-Leistungskurses. Das soll auch in Zukunft so sein. Darüber hinaus finden manchmal auch Kooperationen im Bereich der Biologie-Leistungskurse statt, um den SchülerInnen beider Gymnasien eine möglichst breite Wahlmöglichkeit zu ermöglichen, wobei nicht unerwähnt bleiben soll, dass in jedem Jahr mindestens ein Biologie-Leistungskurs am AFG eingerichtet wird. An unserer Schule ist der Unterricht im so genannten Doppelstunden-Modell organisiert. So konstituieren sich die Unterrichtseinheiten in der Regel als Doppelstunden zu 90 Minuten und teilweise als Einzelstunden zu je 45 Minuten. In der Oberstufe gibt es in der Regel im Grundkurs eine Doppel- und eine Einzelstunde, im Leistungskurs zwei Doppelstunden und eine Einzelstunde wöchentlich. (Für weiterführende Informationen zur Taktung des Unterrichtstages besuchen Sie bitte die Homepage unseres Gymnasiums: Dem Fach Chemie stehen fünf moderne, vergleichbar eingerichtete naturwissenschaftliche Schüler-Experimentierräume zur Verfügung, die sich alle im Erdgeschoss befinden. Von diesen hervorragend eingerichteten Schülerübungsräumen sind zwei aufgrund ihrer direkten Nähe zur Chemiesammlung explizit dem Fachbereich Chemie zugeordnet. Hier befinden sich chemiespezifische Gerätschaften in den Schränken. Die anderen Räume sind in der Regel für den Physikund Biologieunterricht reserviert, wobei dem Fachbereich Physik überdies ein

5 Hörsaal zur Verfügung steht. Für den ggf. in diesen schwerpunktmäßig den anderen Naturwissenschaften zugeordneten Räumen stattfindenden Chemie- Experimentalunterricht bedeutet das, dass alle chemiespezifischen Materialien mitgebracht werden, was aufgrund der kurzen Wege unproblematisch ist. Die Ausstattung der Chemiesammlung mit Geräten, Chemikalien. Modellen und weiteren Materialien für Demonstrations- und für Schülerexperimente ist hervorragend, die vom Schulträger darüber hinaus bereitgestellten Mittel reichen für das Erforderliche aus. Ein Drittmittel-Antrag beim Fonds der chemischen Industrie (FCI) auf Unterrichtsförderung, um den Unterricht noch weiter zu spezialisieren und noch schülerorientierter zu gestalten, wurde Mitte 2015 positiv beschieden und Ende 2015 gar eine weiter Förderungssumme bewilligt (vgl. Homepage). Folglich konnten Spezialchemikalien und gerätschaften, also Spiropyran und ein Absorptionsspektrometer, erworben werden. Erträge aus Chemiewettbewerben, z.b. dem Tag der Chemie der Bayer AG, kommen insofern allen Anne-Frank- Gymnasiasten zu Gute, als dass hiervon besondere Materialien und Chemikalien besorgt werden, die dann im regulären Chemieunterricht Verwendung finden. Zurzeit sichtet die Fachschaft Chemie (Stand: Frühjahr 2016) über Schülerexperimentierkästen zur Elektrochemie. Hierein sollen auch Anteilssummen der finanziellen Förderungen durch den Fonds der chemischen Industrie fließen. Regelmäßig nehmen Schülergruppen der Sekundarstufe I oder II am Chemiewettbewerb Tag der Chemie in den Werken der Bayer AG in Bergkamen teil. Hier bearbeiten sie vielfältige chemiebezogene Aufgaben, die für die unterschiedlichen Stufen jeweils unterschiedlich gestellt werden. Aufgrund des großen Andranges ist es uns seit einiger Zeit möglich, lediglich eine Wettbewerbsgruppe ins Rennen zu schicken. Mehrere Interessierte aus der Sekundarstufe I haben regelmäßig am Chemiewettbewerb Chemie entdecken teilgenommen, wobei die experimentellen Aufgaben in der Regel zu Hause erledigt werden. Manchmal wurde eine Art AG für die Bearbeitung der Wettbewerbsaufgaben eingerichtet. Seit dem Einstellen des Wettbewerbes im Jahr 2014 hoffen wir wie das Chemie Entdecken-Team, dass eine Fortsetzung des Wettbewerbes möglich ist und dass [dafür eine Lösung] bald gefunden werden kann (vgl. Aktuelle Informationen vom ; Abgerufen am ).

6 Einzelne Schülerinnen und Schüler der Stufen 9, EP, Q1 und Q2 nehmen seit einigen Jahren an (den Vorrunden) der Internationalen Chemieolympiade teil und haben sich hier erfolgreich den herausfordernden Aufgaben gestellt. In diesem Zuge besuchten sie mehrere Vorbereitungsseminare an der Universität Münster, die sich mit Aspekten der Anorganischen Chemie, der Organischen Chemie sowie der Physikalischen Chemie auseinandersetzten. Hier hörten die Schüler zunächst Professoren-Vorträge und im Anschluss wurden in kleineren Gruppen Aufgaben bearbeitet, wobei sie von Studierenden des Faches Chemie betreut wurden. (Links: bzw. sowie als Information zum Landesseminar an der Universität Münster). Der an der Technischen Universität Dortmund beheimatete Fachbereich Chemiedidaktik bietet in den Weihnachtsferien und in den Sommerferien eine jeweils zweitägige Experimentalveranstaltung für SchülerInnen der Sekundarstufe I an. An dieser Freies Experimentieren genannten Veranstaltung dürfen ausschließlich Partnerschulen der Dortmunder Fachdidaktik teilnehmen. Der Pool dieser Partnerschulen rekrutiert sich vornehmlich aus Schulen des Dortmunder Stadtbereich, jedoch liegt das Werner AFG im Einzugsbereich und darüber hinaus sind die (Zug-) Anbindungen an den Universitätscampus gut, so dass der Transfer zu den Schüler-Experimentalveranstaltungen Chemisch experimentieren recht einfach erfolgen kann. Folglich wurde 2014/15 ein Antrag, unsere Schule als Chemiedidaktik-Partnerschule aufzunehmen, eingereicht. Dieser wurde im Winter 2015 positiv beschieden und Anfang 2016 konnten bereits vier Schüler der Stufe 8 an zwei Blockseminaren an der Universität Dortmund teilnehmen (vgl. Bericht auf unserer Homepage; weitere Links: Startseite des Angebots der TU Dortmund: Kurzbericht über das Projekt (PDF-Datei): Die Schule hat sich vorgenommen, das Experimentieren in allen Jahrgangsstufen besonders zu fördern. In diesem Zuge werden auszugsartig neue experimentelle Unterrichtskonzepte in den Chemieunterricht einbezogen, also zum Beispiel das START-Konzept für die Stufe 7, den so genannten Anfangsunterricht der Chemie. Dieses Konzept wurde von den Chemielehrern Samir Benmokthar und Andreas Wagner an der Universität Münster im Arbeitskreis von Prof. Dr. Harsch entwickelt und legt den Focus auf experimentelles Arbeiten (also selbstständiges Entdecken) und ein vertieftes Verständnis der Abläufe auf submikroskopischer Ebene. Interessierte können sich auf den Seiten des Aulis-Verlages, in dem diese

7 Publikation im Jahr 2014 aufgelegt wurde, über dieses Konzept informieren. In der Einführungsphase, Stufe 10, werden Auszüge des PIN-Konzeptes verwendet, die ebenfalls das Schülerexperimentieren hervorheben sowie einen vertieften Einblick in Reaktionsfolgen der organischen Chemie ermöglichen. Dieses PIN- Konzept wurde an den Universitäten Münster und Leipzig von Prof. Dr. Harsch bzw. Prof.' Dr.' Heimann entwickelt. (Links: Start-Konzept: PIN-Konzept: Da das Anne-Frank-Gymnasium sich als Europaschule ( vgl. Schulprogramm auf unserer Website) positioniert, leistet die Fachschaft Chemie, wie jeder andere Fachbereich auch, einen Beitrag, indem immer wieder Bezüge zu Europa hergestellt werden. Diese sind mit einer kleinen Europafahne im Curriculum der Sekundarstufen I und II markiert. Ebenso beachten wir, wie die Tablet-PCs, die die neuen SchülerInnen im Zuge der ZUKUNFTS-Klassen am AFG (Stichwort Digitale Schule, vgl. Schulprogramm auf unserer Website) erhalten, sinnvoll und gewinnbringend in den Alltag des Chemieunterrichts integrieren können. Hier stellen wir uns insbesondere das Aufzeichnen und die Analyse von Schülerexperimenten vor, für die Oberstufe z.b. im Bereich der Reaktionsgeschwindigkeiten: Diese können per Kamera aufgezeichnet und im Anschluss mit einem Tabellenkalkulationsprogramm ausgewertet werden. Überdies bietet sich die Chance, submikroskopische Vorgänge anhand von Stop-Motion-Filmen nachzuvollziehen, so könnten beispielsweise verschiedene Reaktionsmechanismen dargestellt werden. Weiterhin können (Zwischen-) Ergebnisse schnell präsentiert und begutachtet sowie kritisch diskutiert werden. Diese Einbettung im Zuge des Anne-Frank-Gymnasiums als Digitale Schule ist als Work in Progress zu verstehen, so dass sich die Zugänge sicher mit der konkreten Auseinandersetzung sowie im Austausch mit SchülerInnen und ChemiekollegInnen weiter entwickeln werden. Wir sind überzeugt, dass die Schüler im Bereich von MINT von den Neuerungen profitieren können, und zwar motivational wie auch im Bereich des Lernzuwachses, wie bereits erste Studien beweisen: Die University of London etwa hat in einer Studie die bisherigen Forschungsergebnisse zum Thema zusammengefasst und herausgefunden, dass der Einsatz von Tablets die Lernbereitschaft der Schüler erhöht. Und der amerikanische Bildungsverlag Houghton Mifflin Harcourt kommt nach einem einjährigen Unterrichtsversuch zu dem Ergebnis, dass Tablet-Klassen im Fach Mathematik deutlich besser abschneiden als solche, die mit einem herkömmlichen Textbuch arbeiten (Quelle: Himmer, Nina. Das wischende Klassenzimmer. Frankfurter Allgemeine Zeitung. Onlineausgabe der Ressort Beruf & Chance. Seite Februar Abgerufen am 17. Februar 2015).

8 2 Entscheidungen zum Unterricht Die nachfolgend dargestellte Umsetzung der verbindlichen Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans findet auf zwei Ebenen statt. Das Übersichtsraster gibt den Lehrkräften einen raschen Überblick über die laut Fachkonferenz verbindlichen Unterrichtsvorhaben pro Schuljahr. In dem Raster sind außer dem Thema des jeweiligen Vorhabens das schwerpunktmäßig damit verknüpfte Inhaltsfeld bzw. die Inhaltsfelder, inhaltliche Schwerpunkte des Vorhabens sowie Schwerpunktkompetenzen ausgewiesen. Die Konkretisierung von Unterrichtsvorhaben führt weitere Kompetenzerwartungen auf und verdeutlicht vorhabenbezogene Absprachen, z.b. zur Festlegung auf einen Aufgabentyp bei der Lernerfolgsüberprüfung durch eine Klausur. 2.1 Unterrichtsvorhaben Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bei den Lernenden auszubilden und zu entwickeln. Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkretisierungsebene. Im Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnellen Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangsstufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltlichen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie Kompetenzen an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkretisierten Kompetenzerwartungen erst auf der Ebene konkretisierter Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientierungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann. Um Spielraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.b. Praktika, Kursfahrten o.ä.) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent der Bruttounterrichtszeit verplant. (Als 75 % wurden für die Einführungsphase 90 Unterrichtsstunden, für den Grundkurs in der Q1 ebenfalls 90 und in der Q2 60 Stunden und für den Leistungskurs in der Q1 150 und für Q2

9 90 Unterrichtsstunden zugrunde gelegt.) Unsere prozentualen Zeitangaben beziehen sich hierauf. In der Planung ist in der Regel weiterhin zu berücksichtigen, dass am Ende der Q2 noch etwas Zeit verbleibt, um eine überblicksartige Wiederholung zentraler Themen für das anstehende Abitur zu gewährleisten. Während der Fachkonferenzbeschluss zum Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausweisung konkretisierter Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.2) empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompetenzen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

10 Unterrichtsvorhaben I: Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben: Einführungsphase Chemie am Anne-Frank-Gymnasium Werne Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Kontext: Steuerung chemischer Reaktionen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K2Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Kohlenstoff und Kohlenstoffkreislauf Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle K1 Dokumentation K2 Recherche B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Gleichgewichtsreaktionen Fortsetzung Unterrichtsvorhaben III Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: - Stoffkreislauf in der Natur - Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen - Nanochemie des Kohlenstoffs Summe Einführungsphase: ca. 86 Stunden

11 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase (Q1) Chemie am Anne-Frank-Gymnasium Werne LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten, ggf. weitere Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1Wiedergabe UF2Auswahl UF3Systematisierung E3 Hypothesen E4Untersuchungen und Experimente E5 Auswerten E6Modelle K1 Dokumentation K2Recherche K3Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld 2: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: ca. 35% Unterrichtsvorhaben II bis IV: Kontexte: Strom für Taschenlampe und Smartphone auf Basis elektrochemischer Prozesse (Vorhaben II), Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse (Vorhaben III), Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen (Vorhaben IV), ggf. weitere Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswerten E7 Denk- und Arbeitsweisen K3 Präsentation K4 Argumentation B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld 3: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Mobile Energiequellen Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 50 % (ca. Vorhaben II und III ca. 40%, Vorhaben IV ca. 10%)

12 Unterrichtvorhaben V Kontext: Unser Lebensstandard baut auf eine Vielzahl synthetischer Stoffe Reaktionswege in der organischen Chemie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1Wiedergabe UF2Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen K2 Recherche K3 Präsentation Inhaltsfeld: Organische Produkte Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 15% Summe Qualifikationsphase (Q1) am Anne-Frank-Gymnasium Werne LEISTUNGSKURS: 126 Stunden

13 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase am Anne-Frank-Gymnasium Werne (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Maßgeschneiderte Produkte: Die Vielfalt der Kunststoffe im Alltag: Eigenschaften und Verwendung Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 40% Unterrichtsvorhaben VIII: Kontext: Farbstoffe im Alltag und Analytik Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung E6 Modelle K1 Dokumentation B1 Kriterien Unterrichtsvorhaben VII: Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 20% Fortsetzung Unterrichtsvorhaben VIII: K3 Präsentation K4 Argumentation B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Konzentrationsbestimmungen durch Lichtabsorption Zeitbedarf: ca. 40% Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 84 Stunden

14 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase am Anne-Frank-Gymnasium Werne (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben I: Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswerten K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: ca. 35% Kontext: Strom für Taschenlampe und Smartphone auf Basis elektrochemischer Prozesse Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen für die zusammenhängenden Unterrichtsvorhaben II, III und IV: UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswerten E6 Modelle E7 Denk- und Arbeitsweisen K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: 25%

15 Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: s.o. Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 15% Unterrichtsvorhaben V: Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Korrosion zerstört Werte Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: s.o. Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. 5% Kontext: Unser hoher Lebensstandard basiert auf einer Vielzahl synthetischer Stoffe Reaktionswege in der organischen Chemie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen K2 Recherche K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 20% Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 86 Stunden

16 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase am Anne-Frank-Gymnasium Werne (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Die Vielfalt der Kunststoffe im Alltag: Eigenschaften und Verwendung Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung Inhaltliche Schwerpunkte: E1 Probleme und Fragestellungen Organische Verbindungen und Reaktionswege E4 Untersuchungen und Experimente Organische Werkstoffe E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen Zeitbedarf: ca. 50% (incl. Einer Wiederholung/Anknüpfung an das Unterrichtsvorhaben V, das am Ende der Q1 thematisiert wird) Unterrichtsvorhaben VII: Kontext: Farbstoffe in Alltag und Analytik Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 50% Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 54 Stunden

17 Einführungsphase (EP) am Gymnasium Chemie (Stand: XI-2014) Übersicht über die Unterrichtsvorhaben EP Chemie Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler sollen UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K2Recherche K3 Präsentation K4 Argumentation Schwerpunkt-Basiskonzepte: Struktur-Eigenschaft Donator-Akzeptor

18 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Was sind Aromastoffe Stoffklassen, funktionelle Gruppen und ihre Benennung Vom Alkohol zum Al- dehyd- Redoxreaktionen Oxidationszahlen und Vom Aldehyd zur Carbonsäure Ester- Aromastoffe aus dem Labor Konkretisierung des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2), ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3), erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C-C- Verknüpfungsprinzip (UF2), beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (UF1, UF3), benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3), erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Wechsel-wirkungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, Vander-Waals-Kräfte) (UF1, UF3), erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2), ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1), führen qualitative Versuche unter vorgegebener Friedrich Wöhler ( ) Der europäische Urvater der Synthese: Ein neuer Blick auf die organische Chemie durch die gelungene Darstellung von Harnstoff im Chemielabor (wenn nicht bereits in Klasse 9 behandelt) Aromastoffe Lavendel- und Orangenöl Isolierung von Aromastoffen Z. B. Gaschromatographie Vom Duftstoff zum Parfüm Alkohol als Lösemittel Die Stoffklasse der Alkohole -Strukturanalyse an ausgewählten organischen Stoffen Stoffklassen und funktionelle Gruppen IUPAC-Nomenklatur Vom Alkohol zum Oxidationsprodukt o Oxidationszahlen und Redoxgleichungen o Aldehyde, Ketone und Carbonsäuren Sachaspekte unter Berücksichtigung von Methoden/ Materialien/Lernmitteln der Di- Absprachen Fachkonferenz/ daktisch- methodische merkung An-

19 Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4), nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoff-modifikationen (E6), stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3), beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor- Prinzips (E2, E6), erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5), dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1), nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2), beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodel-le die Strukturen organischer Verbindungen (K3), wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils an-gemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Ester herstellen

20 Strukturformel) (K3), analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachgehalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4), recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3), recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinter-fragen die Aussagen der Informationen (K2, K4), zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2) EP Chemie Unterrichtsvorhaben II Kontext: Steuerung chemischer Reaktionen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Gleichgewichtsreaktionen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler sollen UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle

21 K1 Dokumentation K2 Recherche B1 Kriterien B2 Entscheidungen Schwerpunkt-Basiskonzepte: Chemisches Gleichgewicht Energie Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Geschwindigkeit chemischer Reaktionen Variablen chemischer Reaktionen Esterbildung als chemisches Gleichgewicht Gleichgewichtskonstante Verschiebung chemischer Gleichgewichte Gleichgewichtsreaktion in der Industrie und Technik Konkretisierung des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern den Ablauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt der Geschwindigkeit und definieren die Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient c/t (UF1), erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1), erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3), formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3), interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4), beschreiben und erläutern den Einfluss eines Ka- Sachaspekte unter Berücksichtigung von Methoden/ Materialien/Lernmitteln Die Reaktionsgeschwindigkeit - Temperatur, Konzentrations- und Oberflächenabhängigkeit chemischer Reaktionen - Einfluss Katalysator Gleichgewichtsreaktion am Beispiel der Esterbildung und Esterhydrolyse - Modellexperimente zur Gleichgewichtsreaktion (Stechheberversuch, Apfelkrieg) - Entwicklung des Massenwirkungsgesetzes Das Prinzip von Le Châtelier- - Abhängigkeit chemischer Gleichgewichtsreaktionen von Druck, Temperatur und Konzentration Die Ammoniak-Synthese nach Haber Bosch als Beispiel für die Anwendung des Prinzips von Le Châtelier in der Industrie. Absprachen der Fachkonferenz/ Didaktischmethodische Anmerkung

22 talysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3). interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5), führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4), planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren Beobachtungen und Ergebnisse (E2, E4), formulieren Hypothesen zum Einfluss verschiedener Faktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit und entwickeln Versuche zu deren Überprüfung (E3), erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (E6), interpretieren ein einfaches Energie- Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3), beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6), dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1), Fritz Haber ( ): Kriegsverbrecher und Welternährer in einer Person? Ein umstrittener europäischer Nobelpreisträger (1919) und seine bahnbrechenden chemischen Errungenschaften im Bereich der Ammoniak-Synthese

23 nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2), wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils an-gemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3), stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1), recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinter-fragen die Aussagen der Informationen (K2, K4), zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2), beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1). EP Chemie Unterrichtsvorhaben III Kontext: Kohlenstoff und Kohlenstoffkreislauf Inhaltsfeld : Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: - Stoffkreislauf in der Natur - Organische und anorganische Kohlenstoffverbindungen - Nanochemie des Kohlenstoffs Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler sollen UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen

24 Zeitbedarf: Planungsgrundlage: Einheiten E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Schwerpunkt-Basiskonzepte: Struktur-Eigenschaft Chemisches Gleichgewicht Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kohlenstoff Kohlenstoff als Werkstoff Kohlenstoffkreislauf Treibhauseffekt Kalkkreislauf Konkretisierung des Kernlehrplans (mit Bezügen zu SI und Q1/2) Die Schülerinnen und Schüler beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u. a. Fullerene) (UF4) interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u. a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5) führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u. a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4) erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7) unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1) Sachaspekte unter Berücksichtigung von Methoden/ Materialien/Lernmitteln Kohlenstoff Ein Element der anorganischen Chemie - Diamant, Graphit und Co. Kohlenstoff, ein Element für die Zukunft - Nanotechnologie - Fullerene - Modifikationen des Kohlenstoffs Kohlenstoffkreislauf - Treibhauseffekt - Versauerung/Übersäuerung der Meere - Atmosphäre im Wandel Kalkkreislauf - Der CO2-Kreislauf in der Natur (Tropfsteinhöhle) - Der Kalkkreislauf in der Bauindustrie Absprachen der Fachkonferenz/ Didaktisch-methodische Anmerkung

25 formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u. a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1) formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u. a. Kohlenstoffdioxid- Carbonat-Kreislauf) (E3) beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7) dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u. a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung eines chemischen Gleichgewichts, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1) wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3) veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf graphisch oder durch Symbole (K3) recherchieren Informationen (u. a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4) stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3) beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3) bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4)

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27 Unterrichtsvorhaben I Leistungskurs Chemie Qualifikationsphase 1 (Stand: ) Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten, ggf. weitere Kontexte Inhaltsfeld 2: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1Wiedergabe UF2Auswahl UF3Systematisierung E3 Hypothesen E4Untersuchungen und Experimente E5 Auswerten E6Modelle K1 Dokumentation K2Recherche K3Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Schwerpunkt-Basiskonzepte: Chemisches Gleichgewicht Donator-Akzeptor 27

28 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Merkmale von Säuren und Basen Leitfähigkeit Konkretisierung des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4) beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2) beschreiben den Einfluss von Säuren und Basen auf die Umwelt an Beispielen und bewerten mögliche Folgen (B3) erläutern die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von sauren und alkalischen Lösungen sowie von Salzlösungen gleicher Stoffmengenkonzentrationen (E6) (ggf. erst am Ende der Sequenz, vgl. dort) Sachaspekte unter Berücksichtigung von Methoden/ Materialien/Lernmitteln (Anregungen und Vorschläge zur konkreten Arbeitsweise, d.h. alle folgenden Aufführungen sind als Beispiele gedacht, da am Lehrwerk Chemie Qualifikatiosphase (2014) orientiert) Sauer macht lustig Säuren und Basen im Alltag (Einstieg über den Geschmack mit so genannten sauren Zungen, Brause, etc.) Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen durch Titration identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben diese mithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3) planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1, E3) erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese Wie viel Säure ist da drin? Konzentrationsbestimmung durch Volumetrie (Titration)

29 zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5) bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u. a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5) bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base-Reaktionen (B1) Säure-Base-Konzept von Brönsted Protonenübergänge bei Säure-Base- Reaktionen Neutralisationswärme zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure- Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7) stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor- Prinzip (K1, K3) erklären die Reaktionswärme bei Neutralisationen mit der zugrundeliegenden Protolysereaktion (E3, E6) Ohne Wasser nicht sauer Das Säure-Base-Konzept von Brönsted Kalorimetrische Untersuchungen bzw. Messungen bei der Säure-Base-Titration (fakultativ) ph-wert ph-metrische Titration interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des KS- Wertes (UF2, UF3) beschreiben eine ph-metrische Titration, interpretieren charakteristische Punkte der Titrationskurve (u.a. Äquivalenzpunkt, Halbäquivalenzpunkt) und erklären den Verlauf mithilfe des Protolysekonzepts (E5) Können Salze sauer sein? Protolysegleichungen bei Säure-Base-Reaktionen 29

30 Autoprotolyse des Wassers erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1) berechnen ph-werte wässriger Lösungen schwacher einprotoniger Säuren mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2) Spurensuche in reinem Wasser Autoprotolyse des Wassers und ph-wert Stärke von Säuren berechnen ph-werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2) erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure bzw. einer schwachen und einer starken Base unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts (K3) erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5) bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u. a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5) klassifizieren Säuren und Basen mithilfe von KS-, KB- und pks-, KB-Werten (UF3) berechnen ph-werte wässriger Lösungen einprotoniger schwacher Säuren und entsprechender schwacher Basen mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2) Starke Säuren, schwache Säuren worauf kommt es an? - K S, pk S, K B und pk B Indikatoren als Reaktionsteilnehmer und ihre Rolle Wasserstoffprotonen-Donator bzw. -Akzeptor Puffersysteme zum Beispiel anhand des Lebenssaftes Blut

31 machen Vorhersagen zu Säure-Base-Reaktionen anhand von KS- und pks-werten und KB und pkb-werten (E3) beschreiben und erläutern Titrationskurven starker und schwacher Säuren (K3) nutzen chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Auswahl eines geeigneten Indikators für eine Titration mit Endpunktsbestimmung (K2) bewerten durch eigene Experimente gewonnene oder recherchierte Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen auf der Grundlage von Kriterien der Produktqualität oder des Umweltschutzes (B4) beschreiben den Einfluss von Säuren und Basen auf die Umwelt an Beispielen und bewerten mögliche Folgen (B3) Leitfähigkeit dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration mithilfe graphischer Darstellungen (K1) erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6) beschreiben das Verfahren einer Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdaten aus (E2, E4, E5) Titration auch ohne Indikator? Leitfähigkeitstitrationen (Titration farbiger Lösungen) 31

32 vergleichen unterschiedliche Titrationsmethoden (u.a. Säure-Base-Titration mit einem Indikator, Leitfähigkeitstitration, ph-metrische Titration) hinsichtlich ihrer Aussagekraft für ausgewählte Fragestellungen (E1, E4) erläutern die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von sauren und alkalischen Lösungen sowie von Salzlösungen gleicher Stoffmengenkonzentrationen (E6) (ggf. bereits am Anfang der Sequenz, vgl. dort) [Ende Unterrichtsvorhaben I, LK Chemie Q1]

33 Unterrichtsvorhaben II, III und IV Leistungskurs Chemie Qualifikationsphase 1 Kontexte: Strom für Taschenlampe und Smartphone auf Basis elektrochemischer Prozesse (Vorhaben II), Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse (Vorhaben III), Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen (Vorhaben IV), ggf. weitere Inhaltsfeld 3: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Mobile Energiequellen Korrosion und Korrosionsschutz Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswerten E7 Denk- und Arbeitsweisen K3 Präsentation K4 Argumentation B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Schwerpunkt-Basiskonzepte: Chemisches Gleichgewicht Donator-Akzeptor Energie 33

34 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Faraday-Gesetze Konkretisierung des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoffund Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2) werten Daten elektrochemischer Untersuchungen mithilfe der Nernst-Gleichung und der Faraday-Gesetze aus (E5) schließen aus experimentellen Daten auf elektrochemische Gesetzmäßigkeiten (u. a. Faraday-Gesetze) (E6) Sachaspekte unter Berücksichtigung von Methoden/ Materialien/Lernmitteln (Anregungen und Vorschläge zur konkreten Arbeitsweise, d.h. alle folgenden Aufführungen sind als Beispiele gedacht, da am Lehrwerk Chemie Qualifikatiosphase (2014) orientiert) Wasser unter Strom Elektrolyse und Faraday- Gesetze Michael Faraday ( ) Der angloeuropäische Physikochemiker gilt als Urvater der Elektrochemie Umkehrbarkeit von Redox-Reaktionen erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7) stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3) Wenn Elektronen Partner wechseln das Donator- Akzeptor-Prinzip bei Redoxreaktionen ( Elektrolyse Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallen/Metallionen und Nichtmetallen/Nichtmetallionen (E3) stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich Metalle sind unterschiedlich gut oxidierbar die Spannungsreihe der Metalle und jene der Nichtmetalle LK (hier: Herausfinden einer Redoxreihe anhand von Versuchen) Edler und unedler Charakter von Metallen

35 korrekt (K3) Elektrolyse Galvanische Zellen beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u. a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3) erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung (UF2) deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvanischen Elements (UF4) erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u. a. Daniell-Element) (UF1, UF3) analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5) dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1) planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5) Ionen und Elektronen: Ladungsträger in Metallen und Lösungen Stromleitung in Lösung und Metallen Elektrolyse von Zinkbromid (Vergleich mit Galvanischem Element; Blick auf die Prozesse bei Kathode u. Anode) Strom aus Redox-Reaktionen: Das Daniell-Element Redox-Potentiale: Edle und unedle Metalle Redox-Potentiale der Halogene Vergleich verschiedener Elemente der Gruppe der Salzbildner Standard-Elektrodenpotentiale beschreiben den Aufbau einer Standard-Wasserstoff- Halbzelle (UF1) entwickeln aus vorgegebenen Materialien galvanische Zellen und treffen Vorhersagen über die zu erwartende Spannung unter Standardbedingungen (E1, E3) Die Konzentration macht's Redoxpotentiale sind berechenbar // Konzentrationsketten berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen 35

36 Nernst-Gleichung Redoxreaktionen (UF2, UF3) berechnen Potentiale und Potentialdifferenzen mithilfe der Nernst-Gleichung und ermitteln Ionenkonzentrationen von Metallen und Nichtmetallen (u. a. Wasserstoff und Sauerstoff) (UF2) planen Versuche zur quantitativen Bestimmung einer Metallionen-Konzentration mithilfe der Nernst-Gleichung (E4) werten Daten elektrochemischer Untersuchungen mithilfe der Nernst-Gleichung und der Faraday-Gesetze aus (E5) berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3) Die Nernst-Gleichung Fällungsgleichgewicht und Löslichkeitsprodukt als Anwendung der Nernst-Gleichung Potentiometrie Messungen von Wasserstoffprotonen- Konzentrationen mit der ph-elektrode Elektrochemische Energieumwandlungen (z.b. in Batterien) Kenndaten von Batterien und Akkus erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6) stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3) erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegender Aspekte galvanischer Zellen (u. a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung der Halbzellen) (UF4) erläutern den Aufbau und die Funktionsweise einer Was- Die Taschenlampen-Batterie Eine Moderne Batterie (z.b. anhand der Zink-Luft- Batterie in Hörgeräten) und ggf. der Lithium-Ionen- Akku Der Bleiakkumulator Ein Beispiel aus dem Bereich der Brennstoffzellen Ein Beispiel aus dem Bereich der Brennstoffzellen