Schulinternes Curriculum für die Sekundarstufe II

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1 Städtisches Rurtal-Gymnasium Bismarckstr Düren Tel.: 02421/ Fax: 02421/ Schulinternes Curriculum für die Sekundarstufe II CHEMIE

2 Inhalt 1 Die Fachgruppe Chemie am Rurtal-Gymnasium Düren 4 2 Entscheidungen zum Unterricht Unterrichtsvorhaben Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II Einführungsphase Unterrichtsvorhaben III Einführungsphase Unterrichtsvorhaben IV Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben I Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben II Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben III Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben IV Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben V Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben VI Grundkurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben I Grundkurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben II Grundkurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben III Leistungskurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben I Leistungskurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben II Leistungskurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben III Leistungskurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben IV Leistungskurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben V 108

3 Leistungskurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben I Leistungskurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben II Leistungskurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben III Leistungskurs Qualifikationsphase Q 2 Unterrichtsvorhaben IV Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Lehr- und Lernmittel Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen Qualitätssicherung und Evaluation 135

4 1 Die Fachgruppe Chemie am Rurtal-Gymnasium Düren Das Rurtal-Gymnasium (im Folgenden RTG) ist mit seiner 120 jährigen Geschichte eine der traditionsreichsten Schulen in Düren. Das RTG liegt an der Bismarckstraße, eine der Hauptstraßen des Dürener Stadtzentrums. Das RTG ist eines von fünf öffentlichen Gymnasien der Stadt. Es liegt im Innenstadtbereich und hat eine entsprechend heterogene Schülerschaft, was den sozialen und ethnischen Hintergrund betrifft. Das RTG ist in der Sekundarstufe I im Augenblick meist zweizügig und wird als Gymnasium im gebundenen Ganztag geführt. In die Einführungsphase der Sekundarstufe II wurden in den letzten Jahren regelmäßig Schülerinnen und Schüler aus Haupt- und Realschulen neu aufgenommen und in den Fächern Mathematik, Deutsch und Englisch auf die parallelen Kurse gleichmäßig verteilt. In der Regel werden in der Einführungsphase drei parallele Grundkurse eingerichtet, aus denen sich für die Q-Phase zwei Grundkurse entwickeln. Der Unterricht findet im 45-Minuten-Takt statt, die Kursblockung sieht grundsätzlich für Grundkurse eine Doppelstunde vor. Der Unterricht in der Oberstufe findet teilweise in Kooperation mit den anderen Gymnasien statt. Die Fachschaft ist für die Umsetzung des schulinternen Curriculums auf der Grundlage der Vorgaben des Ministeriums für Schule und Weiterbildung verantwortlich. Sie achtet darauf - wo es möglich und sinnvoll ist - fächerverbindend und fächerübergreifend zu arbeiten, um der Schülerschaft auch auf diesem Wege ein möglichst vernetztes Lernen zu ermöglichen. In den Unterricht werden regelmäßig Schülerexperimente integriert. Auf eine differenzierte Förderung von Schülern wird Wert gelegt. Ebenso werden die regionalen Möglichkeiten für eine Zusammenarbeit mit außerschulischen Institutionen genutzt, wie zum Beispiel dem Forschungszentrum Jülich, dem Landschaftsverband Rheinland, dem VIV (Vereinigte Industrieverbände), der RWTH Aachen. Der Unterricht umfasst regelmäßig Schülerexperimente. Der Chemieunterricht trägt im Rahmen der interkulturellen Verständigung dazu bei, dass kulturstereotypische Zuordnungen hinterfragt werden und soziale Verantwortlichkeit innerhalb unserer Gesellschaft übernommen wird. Er trägt dazu bei, geschlechtsspezifische Vorurteile aufzulösen und beiden Geschlechtern den Zugang zu einem naturwissenschaftlichen Studium oder einem entsprechenden Ausbildungsweg zu öffnen. Der Unterricht findet in zwei Fachräumen statt, die für Schülerexperimente gut ausgestattet sind und über moderne Präsentationsmedien verfügen. Zwei Sammlungsräume ermöglichen die Vorbereitung der Experimente. 15 Ipads können für Recherchen genutzt werden. Darüber hinaus steht ein Computerraum und ein Selbstlernzentrum zur Verfügung. 4

5 2 Entscheidungen zum Unterricht 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 90 Unterrichtsstunden zugrunde gelegt.) 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 didaktischmethodischen 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. 5

6 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K 2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 38 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Stoffkreislauf in der Natur Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E5 Auswertung K1 Dokumentation Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45min Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 min 6

7 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Konzentrationsbestimmungen von Essigsäure in Lebensmitteln Summe Einführungsphase: 86 Stunden Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Starke und schwache Säuren und Basen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation K2 Recherche Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: 14 Std. à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 45 Minuten Unterrichtvorhaben III Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl E6 Modelle E7 Vernetzung K1 Dokumentation K4 Argumentation B1 Kriterien B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen 7

8 Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E 4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 86 Stunden 8

9 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Wenn das Erdöl zu Ende geht Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 24 Stunden à 45 Minuten Kontext: Bunte Kleidung Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit 9

10 Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 54 Stunden Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche B1 Kriterien Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion und Korrosionsschutz 10

11 Inhaltsfelder: Elektrochemie Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Biodiesel als Alternative zu Diesel aus Mineralöl Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 28 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS: 126 Stunden 11

12 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos 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. 34 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Farbstoffe im Alltag Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle K3 Präsentation K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II: 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 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Nitratbestimmung im Trinkwasser Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung K1 Dokumentation K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe 12

13 Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten Inhaltlicher Schwerpunkt: Konzentrationsbestimmung durch Lichtabsorption Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten. Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 84 Stunden 13

14 Die Einführungsphase (EF) im Fach Chemie 14

15 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Donator-Akzeptor Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: zur Lösung chemischer Probleme zielführende Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen chemischen Größen angemessen und begründet auswählen (UF2). chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren (UF3). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden (E2). Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien einschließlich der Sicherheitsvorschriften durchführen oder deren Durchführung beschreiben (E4). Kompetenzbereich Kommunikation: zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen (K2). chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren (K3). Kompetenzbereich Bewertung: fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwissenschaftlich-technischen Sachverhalten unterscheiden und angeben (B1). Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Standpunkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten (B2). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen 15

16 Zeitbedarf: ca. 40 Std. à 45 Minuten 16

17 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 - Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 - Auswertung K1 Dokumentation K3 Präsentation Zeitbedarf: 46 Std. à 45 Minuten Basiskonzepte: Struktur-Eigenschaft, Chemisches Gleichgewicht, Donator- Akzeptor Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Rund um das Parfüm: Aromastoffe (Vorkommen, Gewinnung, Verwendung) und Lösemittel (Ethanol) Vorkommen und Isolierung von Aromastoffen Trennung von etherischen Ölen durch Gaschromatographie, ihre Wirkung und Verwendung Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler. führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5). Mögliche Lehrmittel / Material / Methoden Gruppenteilige Versuche zu Vorkommen und Isolierung von Aromastoffen (Wasserdampfdestillation, Extraktion; fakultativ Enfleurage) Gruppenpräsentation der Ergebnisse und Theorie der Methoden Textausschnitte aus dem Roman Das Parfüm mögliche Absprachen; didaktischmethodische Anmerkungen 17

18 - Entstehung eines Gaschromatogramms und Informationen zur Identifizierung eines Stoffes - Verwendung und Eigenschaften etherischer Öle, Aromastoffe Herstellung eines Parfüms Ethanol als Lösemittel für Aromastoffe - Wdh. Atom- und Bindungsmodelle mit Anschauungsmodellen - Wechselwirkungen zwischen den Molekülen Stoffklasse der Alkohole - Vorkommen, Verwendung, Eigenschaften wichtiger Vertreter, - Alkoholische Gärung - Vor- und Nachteile bei Einsatz und Anwendung wichtiger Vertreter - Homologe Reihe und Strukturisomerie der Alkohole und Alkane - Benennung nach Regeln der systematischen Nomenklatur Vorhersagen zu Siedetemperaturen von Alkanen und Alkoholen, auch im Vergleich recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Wechselwirkungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte)(UF1, UF3). nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6). beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3). beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole (UF2). nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2). 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). analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der ggfs. Aufnahme Chromatogramm AB: Aufbau eines Gaschromatografen, Auswertung eines GCs (z.b. Buch) V: Experimente zu Eigenschaften etherischer Öle (ggfs. als Demo) Fakultativ: Herstellung eines Parfüms V: Löseversuche mit Ethanol, Heptan, Wasser (Schülerexp.) Einsatz von Molekülbaukasten Gruppenversuche zu Ethanol und seinen Eigenschaften (Dichte, Leitfähigkeit, Molmasse, Elemente, Brennbarkeit, Löslichkeit, und Herstellung) Versuche zu Eigenschaften unterschiedlicher Alkohole Gruppenversuche zu verschiedenen Alkoholen HA: Recherche zu Vorkommen, Verwendung, Eigenschaften AB: Wdh. der Alkane aus der (SI) AB zu Nomenklatur und Übungen AB: Berechnungen zum 18

19 Auf dem Weg zum Aromastoff: Vom Alkohol zur Carbonsäure Ordnung unter Aromastoffen: Stoffklassen und funktionelle Gruppen, Regeln zur Nomenklatur organischer Verbindungen, angemessene Formelschreibweise Terpene, Isopren und Alkene - Nachweis Doppelbindungen im Molekül - C-C-Verknüpfungsprinzip Vom Alkohol zum Aldehyd oder zum Keton - Redoxreaktionen als Elektronenübertragungen auch mit organischen Verbindungen - Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Aldehyde Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachgehalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4). 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). stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3). ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3). benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3). nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6). beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3). wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus Blutalkoholgehalt evtl. Referat: Wirkungen des Ethanols auf das Gehirn AB: Siedetemperaturen und Struktur z.b. Lern-/Diagnoseaufgabe AB: Aromastoffe als Träger verschiedener funktioneller Gruppen V: Nachweis Doppelbindung (Bayer- Probe) V: Reduktion von Kupferoxid durch verschiedene 1, 2 Alkohole, Schiffs- Reagenz als Nachweis für Aldehyde V: Silberspiegel & Fehling-Probe 19

20 und Ketone Vom Aldehyd zur Carbonsäure - Redoxreaktionen und die Oxidationszahl - Die Oxidationsreihe der Alkohole unter dem Aspekt des Donator- Akzeptor-Prinzips Carbonsäuren in der Natur und ihre Verwendung - Vorkommen, Verwendung wichtiger Carbonsäuren - Struktur-Eigenschaftsbeziehungen wichtiger Carbonsäuren - Analyse von Essigsäure durch Titration (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3). erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2). beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren (UF2). erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2). beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor Prinzips (E2, E6). führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren (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 V: Vergleich von 1, 2 und 3 Alkoholen mit KMnO 4 im Reagenzglas (bzw. als Demo auf OHP) AB: Übung Oxidationszahl Vermutungen und exp. Untersuchung zu Eigenschaften wichtiger Carbonsäuren V: Bestimmung des Gehalts an Essigsäure in Essig durch Titration oder Bestimmung des Gehalts an Weinsäure in Weißweinen durch Titration 20

21 Am Ziel: Mit Alkoholen und Carbonsäuren zu den Aromastoffen Mit Alkohol und Carbonsäure zum Aromastoff: Estersynthese (Kondensationsreaktion) Und wieder zurück: Esterhydrolyse Natürliche, natur-identische und künstliche Aromastoffe - Vorkommen, Verwendung und Nomenklatur wichtiger Ester - Vor- und Nachteile bei Einsatz und Anwendung wichtiger Vertreter protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). 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). planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren Beobachtungen und Ergebnisse (E2, E4). beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Ester (UF2). beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3). benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3). ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1). zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, V: Estersynthesen im Reagenzglas V: Einfache Esterhydrolyse im Reagenzglas (Essigsäureethylester und NaOH mit Phenolphthalein) 21

22 gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2). Leistungsbewertung: z.b. Klausur, C-Map, Versuchsprotokolle, Präsentationen, schriftliche Übungen Hinweise/Internetquellen: Internetquelle zum Download von frei erhältlichen Programmen zur Erstellung von Mind- und Concept Maps: Material zur Wirkung von Alkohol auf den menschlichen Körper: Film zum historischen Alkotest der Polizei (Drägerröhrchen): vscml.html Film zur künstlichen Herstellung von Wein und zur Verwendung künstlich hergestellter Aromen in Lebensmitteln, z.b. in Fruchtjoghurt: Animation zur Handhabung eines Gaschromotographen: Virtueller Gaschromatograph: Gaschromatogramme von Weinaromen und weitere Informationen zu Aromastoffen in Wein: Journalistenmethode zur Bewertung der Verwendung von Moschusduftstoffen in Kosmetika: 22

23 23

24 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen (UF1). die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen (UF3). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3). Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form einfacher funktionaler Beziehungen beschreiben (E5). Kompetenzbereich Kommunikation: Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge (K1). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten 24

25 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II Kontext: Methoden der Kalkentfernung im Haushalt Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Gleichgewichtsreaktionen UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E5 Auswertung K1 Dokumentation Zeitbedarf: 18 Std. à 45 Minuten Basiskonzepte: Chemisches Gleichgewicht, Energie Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kalkentfernung: Schnell mit Säuren Kalk lösen die Reaktionsgeschwindigkeit Reaktion von Kalk mit Säuren; Beobachtungen eines Reaktionsverlaufs; Reaktionsgeschwindigkeit berechnen; Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient und Deutung mit einfachem Modell auf molekularer Ebene Vermutungen und Planung von Versuchen zur Abh. der Reaktionsgeschwindigkeit von Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler. planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren die Ergebnisse (E2, E4). stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1). erläutern den Ablauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt der Geschwindigkeit und definieren die Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotienten c/ t (UF1). Mögliche Lehrmittel / Material / Methoden z.b. Brainstorming: Kalkentfernung im Haushalt z.b. Schülerversuch: Entfernung von Kalk mit Säuren; Ideen zur Untersuchung des zeitlichen Verlaufs; z.b. Schülerexperiment: Planung, Durchführung und Auswertung eines entsprechenden Versuchs (z.b. Auffangen des Gases) z.b. (Haus)aufgabe: Ermittlung von Reaktionsgeschwindigkeiten an einem Beispiel mögliche Absprachen; didaktischmethodische Anmerkungen Anbindung an CO 2 -Kreislauf: Sedimentation von Kalk; 25

26 Oberfläche, Konzentration, Temperatur Geht das auch schneller? Einfluss auf die Reaktionsgeschwindigkeit Einflussmöglichkeiten durch die Parameter Zerteilungsgrad, Konzentration Kollisionshypothese und Geschwindigkeitsgesetz für bimolekulare Reaktion Einfluss durch die Temperatur RGT-Regel Aktivierungsenergie Katalyse & Katalysator erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (E6). formulieren Hypothesen zum Einfluss verschiedener Faktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit und entwickeln Versuche zu deren Überprüfung (E3). interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5). interpretieren ein einfaches Energie- Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3). beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3). V: Kalk /Ameisensäure oder Magnesium und Salzsäure graph. und tabell. Auswertung, Variation Oberfläche, Konzentration, Temperatur c/t-diagramm; m/t-diagramm, n/t- Diagramm, V/t-Diagramm alternative Experimente: Verfolgung der Leitfähigkeit, des ph- Wertes, etc. zeichnerische Bestimmung der Momentan- und Durchschnittsgeschwindigkeit AB: Reaktionsgeschwindigkeit z.b. arbeitsteilige Schülerexperimente: Abhängigkeit der Reaktionsgeschwindigkeit von der Konzentration, des Zerteilungsgrades, der Temperatur und vom Katalysator; V: Natriumthiosulfat und Salzsäure zur Messung der Reaktionsdauer in Abhängigkeit von der Konzentration (bzw. Temperatur); RGT-Regel V: Zinkgranalie in Salzsäure in Kontakt mit Kupferdraht zur Katalysatorfunktion Fakultativ Schülerexperimente: z.b. Zersetzung von Wasserstoffperoxid (Katalyse) z.b. Lerntempoduett: Stoßtheorie, Deutung der Einflussmöglichkeiten Wiederholung Stoffmenge; S. berechnen die Reaktionsgeschwindigkeiten für verschiedene Zeitintervalle im Verlauf der Reaktion Wiederholung: Energie bei chemischen Reaktionen (exotherm/endotherm) Unterrichtsgespräch: Einführung der Aktivierungsenergie Empfohlen wird der Film: Wilhelm Ostwald und die Katalyse (Meilensteine der Naturwissenschaft und Technik) 26

27 Veresterung und Esterhydrolyse - umkehrbare Reaktionen und das ehem. Gleichgewicht - Merkmale des chemischen Gleichgewichtszustands: Beobachtung Stoffebene, Deutung Teilchenebene - Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit - Massenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante Modelle zum chemischen Gleichgewicht - Wasserhebermodell Nicht nur bei Ester: Untersuchung zum chem. Gleichgewicht bei Eisen- und Thiocyanat-Ionen - Nachweis Existenz ehem. Gleichgewicht und Merkmale Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch Konzentrationsänderung 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). erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1). formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3). interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4). beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6). 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 z.b. Erarbeitung: Einfaches Geschwindigkeitsgesetz, Vorhersagen z.b. Diskussion: RGT-Regel, Ungenauigkeit der Vorhersagen V: gleiche Ansätze Essigsäure/Ethanol und Ethansäure-ethylester/Wasser, Bestimmung des Gehalts an Essigsäure nach drei Tagen durch Titration, Rückschluss auf Stoffmengenkonzentration aller Reaktionsteilnehmer, Entdeckung und Erklärung des ehem. Gleichgewichts (evtl. als Theorie: Titrationsergebnisse vorgeben) Herleitung des MWG aus der Reaktionsgeschwindigkeiten der Hinund Rückreaktion; Berechnung von K; Wasserheberversuch zum chem. Gleichgewicht, alternativ Kugelziehen, Animationen AB: Apfelkrieg V: mit Kunstblut (Eisenchlorid und Kaliumthiocyanat) zum chem. Gleichgewicht (Nachweis Existenz, Wiederholung Merkmale des ehem. Gleichgewichts, Beeinflussung durch Konzentrationsänderungen, Temperaturveränderungen) Prinzip vom kleinsten Zwang Übungen zum MWG 27

28 Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3). interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4). beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1). Leistungsbewertung: z.b. Klausur, schriftliche Übung, mündliche Beiträge, Versuchsprotokolle Hinweise/Internetquellen: 28

29 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben III Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu Fragestellungen angeben (E1). unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4). Kompetenzbereich Kommunikation: chemische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren (K4). Kompetenzbereich Bewertung: in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit chemischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen (B3). Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen (B4). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Stoffkreislauf in der Natur Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten 29

30 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben III Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung für die Ozeane Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Stoffkreislauf in der Natur Gleichgewichtsreaktionen UF 1 Wiedergabe E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K1 Probleme und Fragestellung K2 Recherche K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Zeitbedarf: 22 Std. à 45 Minuten Basiskonzepte: Struktur Eigenschaft; Chemisches Gleichgewicht Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kohlenstoffdioxid Eigenschaften Treibhauseffekt Anthropogene Emissionen Reaktionsgleichungen Umgang mit Größengleichungen Der Kohlenstoff/CO 2 -Kreislauf Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüller. unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1). Mögliche Lehrmittel / Material / Methoden Information Eigenschaften / Treibhauseffekt z.b. Zeitungsartikel Berechnungen zur Bildung von CO 2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane) Aufstellen von Reaktionsgleichungen Berechnung des gebildeten CO 2 s Vergleich mit rechtlichen Vorgaben weltweite CO 2 -Emissionen mögliche Absprachen; didaktischmethodische Anmerkungen Implizite Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m und molare Masse M 30

31 Löslichkeit von CO 2 in Wasser qualitativ Bildung einer sauren Lösung quantitativ Unvollständigkeit der Reaktion Umkehrbarkeit CO 2 und Kohlensäure Chemisches Gleichgewicht Definition Beschreibung auf Teilchenebene Modellvorstellungen Gleichgewichte CO 2 (g)/co 2 (aq), CO 2 /HCO - 3, CaCO 3 /Ca(HCO 3 ) 2 führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, 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). erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1). beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6). AB: Kohlenstoffkreislauf Information Aufnahme von CO 2 u.a. durch die Ozeane Schülerexperiment: Löslichkeit von CO 2 in Wasser (qualitativ); V: Brausetabletten in Wasser Aufstellen von Reaktionsgleichungen Lehrervortrag: Löslichkeit von CO 2 (quantitativ): Löslichkeit von CO 2 in g/l Berechnung der zu erwartenden Oxonium-Ionen - Konzentration Nutzung einer Tabelle zum erwarteten ph-wert Vergleich mit dem tatsächlichen ph-wert Ergebnis: Unvollständigkeit der ablaufenden Reaktion Schüler-Experimente (Gruppenarbeit): Löslichkeit von CO 2 bei Zugabe von Salzsäure bzw. Natronlauge Ergebnis: Umkehrbarkeit / Reversibilität der Reaktion z.b. Lehrervortrag: Chemisches Gleichgewicht als allgemeines Prinzip vieler chemischer Reaktionen, Definition z.b. Arbeitsblatt: Umkehrbare Reaktionen auf Teilchenebene ggf. Simulation Modellexperiment: z.b. Stechheber- Versuch, Kugelspiel Vergleichende Betrachtung: Chemisches Gleichgewicht auf der Wiederholung der Stoffmengenkonzentration c Wiederholung: Kriterien für Versuchsprotokolle Vorgabe einer Tabelle zum Zusammenhang von ph-wert und Oxoniumionenkonzentration 31

32 Ozean und Gleichgewichte Aufnahme CO 2 Einfluss der Bedingungen der Ozeane auf die Löslichkeit von CO 2 Prinzip von Le Chatelier Kreisläufe: geologischer Kohlenstoffkreislauf, globaler Kohlenstoff-Carbonat-Kreislauf Störungen und Auswirkungen: Einfluss des anthropogen erzeugten CO 2 in der Atmosphäre und im Meer unter Einbeziehung von Gleichgewichten Klimawandel (Prognosen, Vorläufigkeit der Aussagen) Informationen in den Medien Möglichkeiten zur Lösung des CO 2 -Problems formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid- Carbonat-Kreislauf) (E3). 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 Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1). veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid- Carbonat-Kreislauf grafisch 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). beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7). beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3). zeigen Möglichkeiten und Chancen der Teilchenebene, im Modell und in der Realität Wiederholung: CO 2 - Aufnahme in den Meeren Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit (Medizin-Spritzen-Technik) ggf. auch Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten (Verallgemeinerung) z.b. Puzzlemethode: Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentration auf Gleichgewichte, Vorhersagen Erarbeitung: Wo verbleibt das CO 2 im Ozean? Partnerarbeit: Physikalische/Biologische Kohlenstoffpumpe ggf. Arbeitsblatt: Graphische Darstellung des marinen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufs Recherche (Internet, Zeitschriften) aktuelle Entwicklungen Versauerung der Meere Einfluss auf den Golfstrom/Nordatlantikstrom Fakultativ: Podiumsdiskussion (auf der Basis Rollenkarten) Prognosen Hier nur Prinzip von Le Chatelier, kein MWG (!) Fakultativ: Mögliche Ergänzungen (auch zur individuellen Förderung): Tropfsteinhöhlen Kalkkreislauf Korallen 32

33 Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4). Vorschläge zu Reduzierung von Emissionen Verwendung von CO 2 Zusammenfassung: z.b. Film Treibhaus Erde aus der Reihe Total Phänomenal des SWR; Film: Eine unbequeme Wahrheit (Al Gore) Weitere Recherchen Diagnose von Schülerkompetenzen: z.b. Lerndiagnose: Stoffmenge und Molare Masse Leistungsbewertung: z.b. Klausur, Schriftliche Übung zum Puzzle Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten Hinweise/Internetquellen: Ausführliche Hintergrundinformationen und experimentelle Vorschläge zur Aufnahme von CO2 in den Ozeanen findet man z.b. unter: ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/systemerde/09_begleittext_ol.pdf Die Max-Planck-Gesellschaft stellt in einigen Heften aktuelle Forschung zum Thema Kohlenstoffdioxid und Klima vor: Informationen zum Film Treibhaus Erde : 33

34 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft 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: zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3). 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). Kompetenzbereich Bewertung: Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen (B4). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten 34

35 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Nicht nur Graphit & Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Nanochemie des Kohlenstoffs Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Zeitbedarf: 8 Std. à 45 Minuten Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur - Eigenschaft Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Graphit, Diamant und mehr Die Chemie des Kohlenstoffs Modifikation Elektronenpaarbindung Strukturformeln Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüller. 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). Mögliche Lehrmittel / Material / Methoden Atombau, Bindungslehre, Kohlenstoffatom, Periodensystem (Wdh. aus SI) Graphit, Diamant, Fullerene und Graphen (z.b. als Gruppenarbeit) mögliche Absprachen; didaktischmethodische Anmerkungen Der Einstieg dient zur Angleichung der Kenntnisse zur Bindungslehre, ggf. muss Zusatzmaterial zur Verfügung gestellt werden. Beim Graphit und beim Fulleren werden die Grenzen der einfachen Bindungsmodelle deutlich. (Achtung: ohne Hybridisierung) 35