Chemie. Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe GESCHWISTER-SCHOLL-GYMNASIUM

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1 GESCHWISTER-SCHOLL-GYMNASIUM Städt. Ganztagsgymnasium mit bilingualem Zweig und Europaschule Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Chemie

2 Inhalt Seite 1 Die Fachgruppe Chemie am GSG Velbert 3 2 Entscheidungen zum Unterricht Unterrichtsvorhaben Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bis zum Ende der Einführungsphase Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bis zum Ende der Qualifikationsphase im Grundkurs Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q1 Grundkurs Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q2 Grundkurs Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bis zum Ende der Qualifikationsphase im Leistungskurs Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q1 Leistungskurs Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q2 Leistungskurs Grundsätze der fachmethodischen und fach-didaktischen Arbeit Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungs-rückmeldung Lehr- und Lernmittel 74 3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen 75 2

3 1 Die Fachgruppe Chemie am GSG Velbert Die Lehrerbesetzung der Schule ermöglicht einen ordnungsgemäßen Fachunterricht in der Sekundarstufe I, ein NW-AG-Angebot und Wahlpflichtkurse mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt. In der Sekundarstufe I wird in den Jahrgangsstufen 7,8, und 9 Chemie im Umfang der vorgesehenen 6 Wochenstunden laut Stundentafel erteilt. In der Schule sind die Unterrichtseinheiten als Einzelstunden à 67,5 Minuten organisiert. In der Oberstufe ist das Fach Chemie in der Regel in der Einführungsphase mit 2 Grundkursen, in der Qualifikationsphase je Jahrgangsstufe mit einem Grundkurs und einem Leistungskurs vertreten. In der Oberstufe gibt es im Grundkurs 2 Einzelstunden à 67,5 Minuten im Leistungskurs 2 Einzelstunden à 67,5 Minuten und 1 Einzelstunde mit Verlängerung (90 min) wöchentlich. Dem Fach Chemie stehen 2 Fachräume zur Verfügung, von denen in einem Raum auch in Schülerübungen experimentell gearbeitet werden kann. Die Ausstattung der Chemiesammlung mit Geräten und Materialien für Demonstrations- und für Schülerexperimente ist gut, die vom Schulträger darüber hinaus bereitgestellten Mittel reichen für das Erforderliche aus. Die Schule hat sich vorgenommen, das Experimentieren in allen Jahrgangsstufen besonders zu fördern. 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 Übersichtsund 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

4 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 60 Unterrichtsstunden, für den Grundkurs in der Q1 ebenfalls 60 und in der Q2 40 Stunden und für den Leistungskurs in der Q1 100 und für Q2 60 Unterrichtsstunden (a 67,5 min) 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. 4

5 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II 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 (gilt für Unterrichtsvorhaben I-IV) Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 67,5 min Unterrichtsvorhaben III Kontext: Vom Alkan 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 Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 67,5 min Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Schneller, mehr, kostengünstiger Beeinflussung chemischer Reaktionen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltliche Schwerpunkte: Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 67,5 min 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 Inhaltliche Schwerpunkte: (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen Stoffkreislauf in der Natur Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 67,5 min Summe Einführungsphase: 60 Stunden à 67,5 min

6 Unterrichtsvorhaben I Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation K2 Recherche B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: Std. à 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben III 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 6 Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtvorhaben II 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 Zeitbedarf: ca. Stunden à 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion Zeitbedarf: ca. Stunden à 67,5 Minuten

7 Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. Stunden à 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben V 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. Stunden à 67,5 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 60 Stunden 7

8 Unterrichtsvorhaben I 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 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben III Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II 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. 18 Stunden à 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben IV 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 Inhaltsfelder: Elektrochemie Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF3 Systematisierung E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 6 Std. à 67,5 Minuten 8

9 Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Zeitbedarf: ca. 15 Stunden à 67,5 Minuten Unterrichtsvorhaben V Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt 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. 25 Stunden à 67,5 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS: 100 Stunden 9

10 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen 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 Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: 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 Zeitbedarf: ca. 18 Stunden à 67,5 Minuten Zeitbedarf: ca. 18 Stunden à 67,5 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 36 Stunden 10

11 Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K1 Dokumentation K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe Kontext: Farbstoffe im Alltag Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E6 Modelle K3 Präsentation K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 28 Stunden à 67,5 Minuten Zeitbedarf: ca. 28 Stunden à 67,5 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 56 Stunden 11

12 2.1.2 Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bis zum Ende der Einführungsphase Inhaltsfeld 1: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Die Schülerinnen und Schüler 1) beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2), 2) ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3), 3) erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2), 4) beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (UF1, UF3), 5) benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3), 6) erläutern ausgewählte Eigenschaften organischer Verbindungen mit Wechselwirkungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, Van-der-Waals-Kräfte) (UF1, UF3), 7) erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2), 8) ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1), 9) beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4), 10) erläutern den Ablauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt der Geschwindigkeit und definieren die Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient Dc/Dt (UF1), 11) erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1), 12) 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), 13) formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3), 14) interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4), 15) beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3), 16) interpretieren den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberfläche, Konzentration, Temperatur) (E5),

13 17) führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4), 18) nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6), 19) stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3), 20) beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor-Prinzips(E2, E6), 21) erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5), 22) erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7), 23) planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren Beobachtungen und Ergebnisse (E2, E4), 24) formulieren Hypothesen zum Einfluss verschiedener Faktoren auf die Reaktionsgeschwindigkeit und entwickeln Versuche zu deren Überprüfung (E3), 25) erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (E6), 26) interpretieren ein einfaches Energie-Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3), 27) beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6), 28) unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1), 29) formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1), 30) formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3), 31) beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7). 32) 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), 33) nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2), 34) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3), 35) wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3), 13

14 36) 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), 37) recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3), 38) stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1), 39) veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf graphisch oder durch Symbole (K3), 40) recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4), 41) stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). 42) 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), 43) beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1), 44) zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4), 45) beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3), 46) bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4).

15 2.1.3 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte inhaltlicher Graphit, Diamant und mehr Modifikation Elektronenpaarbindung Strukturformeln Nanomaterialien Nanotechnologie Neue Materialien Anwendungen Risiken Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 9 KKE (E): 18, 19, 22 KKE (K): 34, 37, 41 KKE (B): 46 Lehrmittel/ Materialien/ Methoden 1. Test zur Selbsteinschätzung Atombau, Bindungslehre, Kohlenstoffatom, Periodensystem 2. Gruppenarbeit Graphit, Diamant und Fullerene 1. Recherche zu neuen Materialien aus Kohlenstoff und Problemen der Nanotechnologie (z.b. Kohlenstoff-Nanotubes in Verbundmaterialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit in Kunststoffen); Aufbau, Herstellung, Verwendung, Risiken, Besonderheiten Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische 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) Unter vorgegebenen Rechercheaufträgen können die Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellungen entwickeln. (Niveaudifferenzierung, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler erstellen Lernplakate in Gruppen, beim Museumsgang hält jeder / jede einen Kurzvortrag. 2. Präsentation (Poster, Museumsgang) Die Präsentation ist nicht auf Materialien aus Kohlenstoff beschränkt. Diagnose von Schülerkonzepten: Ampelabfrage Hinweise zu weiterführenden Informationen: Eine Gruppenarbeit zu Diamant, Graphit und Fullerene findet man auf den Internetseiten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich: 15

16 Zum Thema Nanotechnologie sind zahlreiche Materialien und Informationen veröffentlicht worden, z.b.: FCI, Informationsserie Wunderwelt der Nanomaterialien (inkl. DVD und Experimente) Klaus Müllen, Graphen aus dem Chemielabor, in: Spektrum der Wissenschaft 8/12 Sebastian Witte, Die magische Substanz, GEO kompakt Nr Unterrichtsvorhaben II Kontext: Vom Alkan zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte inhaltlicher Alkane und Alkene Homologe Reihe Strukturformeln Isomerie Nomenklatur Siedetemperatur, Löslichkeit Identifizierung mittels GC Verbrennung Alkanole Alkoholische Gärung Homologe Reihe Strukturformeln Isomerie Nomenklatur Siedetemperatur, Löslichkeit Oxidation/ Oxidationszahlen Carbonylverbindungen Strukturformeln, Nomenklatur Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 KKE (E): 17, 18, 19, 20, 21, 22 KKE (K): 32, 33, 34, 35, 36, 37, 40 KKE (B): 42 Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Exp.: Gaschromatografie Feuerzeuggas Exp.: Gärung, Destillation, Alkoholometrie zur Bestimmung des Ethanolgehalts Exp.: Oxidation primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole mit CuO Exp.: Tollens-Probe (Silber-Spiegel) zur Unterscheidung von Alkanalen Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Wdh. Intermolekularer Kräfte Wdh. Grundprinzip der Chromatografie (Flash-Animation), Aufbau GC Wdh. Reaktionsgleichungen erstellen/ Stöchiometrie Da die Prinzipien der Isomerie und Nomenklatur von den Alkanen bekannt sind, bietet sich hier der Einsatz von Lernkarteien oder anderen Materialien mit Selbstkontrolle an. Hinweis: Stoffklasse mit diversen Aromastoffen

17 Carbonsäuren Strukturformeln, Nomenklatur Wdh. Säure-Base-Definition nach Brönsted Molekülstruktur und saurer Charakter: Induktive Effekte Ester Herstellen von Aromastoffen: Estersynthese Diagnose von Schülerkonzepten: Selbstevaluation: Ich kann und Alkanonen Exp.: ph-wert-messung 1. Vgl. Ethanol und Ethansäure 2. Vgl. Methan-, Ethan und Propansäure (evtl. Chlorethansäure) Exp.: Arbeitsteilige Synthese verschiedener Carbonsäureester Abschluss/ Zusammenfassung: Recherche und Präsentation (Schülervorträge) des Vorkommens, der Verwendung und Funktion der verschiedenen Stoffklassen in Alltagsprodukten Fachübergriff zur Biologie möglich: Struktur und Bedeutung von Fettsäuren Ausgewählte Vertreter der Stoffklassen vorgeben; Einsatz soll auch beurteilt werden! Unterrichtsvorhaben III Kontext: Schneller, mehr, kostengünstiger Beeinflussung chemischer Reaktionen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 16 Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte inhaltlicher Reaktionsgeschwindigkeit Definition Beeinflussende Faktoren (Konzentration, Temperatur, Zerteilungsgrad) Einfache math. Zusammenhänge Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 10, 11, 12, 13, 14, 15 KKE (E): 16, 17, 23, 24, 25, 26, 27 KKE (K): 32, 33, 34, Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Exp.: Reaktion von Zink mit einer Carbonsäure unter Variation der genannten Einflussfaktoren (qualitativ). SuS planen Experimente zur Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit im zeitlichen Verlauf der Reaktion und führen diese durch (quantitativ) Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Auswertung mithilfe der Stoßtheorie Graphische Auswertung der Konzentrationsänderung bzw. Volumenänderung pro Zeitintervall; Bestimmung der Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient Energie-Reaktionsweg-Diagramme interpretieren! Fachübergriff Biologie: Enzyme als Katalysa- 17

18 Katalyse Chemisches Gleichgewicht Umkehrbarkeit chemischer Reaktionen: Estersynthese und - hydrolyse Modellvorstellungen Quantitative Analyse zur Bestimmung der Gleichgewichtslage Gleichgewichtskonstante und Massenwirkungsgesetz Beeinflussung der Gleichgewichtslage: Prinzip Le Chatelier 35, 38 KKE (B): 43 Exp.: Katalytischer Zerfall von Wasserstoffperoxid (homogene, heterogene, Biokatalyse) Exp.: Herstellung und Destillation von Essigsäureethylester; Hydrolyse von Essigsäureethylester Apfelkrieg oder Streichholzspiel simulieren LV: Herleitung des Massenwirkungsgeseztes; Bestimmung der Gleichgewichtskonstante K für die Reaktion von Essigsäure mit Ethanol zu Wasser und Essigsäureethylester Demonstration: verschlossene Ampullen mit NO 2 /N 2 O 4 unterschiedlichen Temperaturen aussetzen Exp.: Eisenthiocyanat-GGW toren Schülerversuch mit anschließender Ausbeuteberechnung (Wdh. stöchiometrisches Rechnen mit Konzentrationsangaben, Stoffmengenverhältnissen) Schülerübungen zum Aufstellen von MWG verschiedener Reaktionen und Berechnung unbekannter Konzentrationen von Stoffen in Gleichgewichten. Über den Einfluss des Drucks auf Gleichgewichtslagen können am Ende Hypothesen formuliert und am Beispiel der Ammoniaksynthese überprüft werden. Alternativ greift man diesen Aspekt bei der Löslichkeit von CO 2 auf (Unterrichtsvorhaben IV) Diagnose von Schülerkonzepten: Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung für die Ozeane Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte Kohlenstoffdioxid Eigenschaften Treibhauseffekt inhaltlicher Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 11, 12 Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Information Eigenschaften/ Treibhauseffekt z.b. Zeitungsartikel Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Implizite Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m und molare Masse M

19 Anthropogene Emissionen Reaktionsgleichungen Umgang mit Größengleichungen KKE (E): 17, 24, 27, 28, 29, 31 KKE (K): 32, 39, 40 KKE (B): 44, 45 Berechnungen zur Bildung von CO 2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane) - Aufstellen von Reaktionsgleichungen - Berechnung des gebildeten CO 2 - Vergleich mit rechtlichen Vorgaben - weltweite CO 2 -Emissionen Löslichkeit von CO 2 in Wasser als GGW qualitativ Bildung einer sauren Lösung Beeinflussung des GGW Einfluss der Bedingungen der Ozeane auf die Löslichkeit von CO 2 Kreisläufe Klimawandel Informationen in den Medien Möglichkeiten zur Lösung des CO 2 -Problems Diagnose von Schülerkonzepten: Information Aufnahme von CO 2 u.a. durch die Ozeane Schülerexperiment: Löslichkeit von CO 2 in Wasser (qualitativ) Aufstellen von Reaktionsgleichungen Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit von CO 2 ggf. Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit Erarbeitung: Wo verbleibt das CO 2 im Ozean? Partnerarbeit: Physikalische/ Biologische Kohlenstoffpumpe Arbeitsblatt: Graphische Darstellung des marinen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufs Recherche - aktuelle Entwicklungen - Versauerung der Meere - Einfluss auf den Golstrom/ Nordatlantikstrom Podiumsdiskussion - Prognosen - Vorschläge zur Reduzierung von Emissionen - Verwendung von CO 2 Zusammenfassung: z.b. Film Treibhaus Erde aus der Reihe Total Phänomenal des SWR Wdh. Le Chatelier: Einfluss von Druck, Temperatur, Oxoniumionenkonz. 19

20 Hinweise zu weiterführenden Informationen: 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 :

21 2.1.4 Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans bis zum Ende der Qualifikationsphase im Grundkurs Inhaltsfeld 2: Säuren, Basen und analytische Verfahren Die Schülerinnen und Schüler 1) identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben diese mithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3), 2) interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des K S -Wertes (UF2, UF3), 3) erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1), 4) berechnen ph-werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2), 5) klassifizieren Säuren mithilfe von K S - und pk S -Werten (UF3), 6) berechnen ph-werte wässriger Lösungen schwacher einprotoniger Säuren mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (UF2). 7) zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7), 8) planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig(e1, E3), 9) erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5), 10) erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6), 11) 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), 12) machen Vorhersagen zu Säure-Base-Reaktionen anhand von K S - und pk S -Werten.(E3), 13) bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5). 14) stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor-Prinzip (K1, K3), 15) dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration mithilfe graphischer Darstellungen (K1), 16) erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts(K3), 21

22 17) recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4). 18) beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2), 19) bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base- Reaktionen (B1). Inhaltsfeld 3: Elektrochemie Die Schülerinnen und Schüler 20) erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a. Daniell-Element) (UF1, UF3), 21) beschreiben den Aufbau einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle (UF1), 22) berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3), 23) 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), 24) beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3), 25) deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvanischen Elements (UF4), 26) erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung(UF2), 27) erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2), 28) erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge (UF1, UF3). 29) erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen- Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7), 30) entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen (E3), 31) planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5), 32) erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6), 33) analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). 34) dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1),

23 35) stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3), 36) recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge(K2, K3), 37) argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über Vorzüge und Nachteile unterschiedlicher mobiler Energiequellenund wählen dazu gezielt Informationen aus (K4). 38) erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3), 39) vergleichen und bewerten innovative und herkömmliche elektrochemische Energiequellen (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle) (B1), 40) diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4), 41) diskutieren Folgen von Korrosionsvorgängen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten (B2). Inhaltsfeld 4: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Die Schülerinnen und Schüler 42) beschreiben den Aufbau der Moleküle (u.a. Strukturisomerie) und die charakteristischen Eigenschaften von Vertretern der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester und ihre chemischen Reaktionen (u.a. Veresterung, Oxidationsreihe der Alkohole) (UF1, UF3), 43) erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften vorher (UF1), 44) erklären Stoffeigenschaften mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4), 45) klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3), 46) formulieren Reaktionsschritte einer elektrophilen Addition und erläutern diese (UF1), 47) verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4), 48) erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Polyester, Polyamide) (UF1, UF3), 23

24 49) beschreiben und erläutern die Reaktionsschritte einer radikalischen Polymerisation (UF1, UF3), 50) erläutern die Eigenschaften von Polymeren aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären ihre praktische Verwendung (UF2, UF4), 51) erklären die elektrophile Erstsubstitution am Benzol und deren Bedeutung als Beleg für das Vorliegen eines aromatischen Systems (UF1, UF3), 52) erklären die Farbigkeit von vorgegebenen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zusammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mithilfe des Mesomeriemodells (mesomere Grenzstrukturen, Delokalisation von Elektronen, Donator-/Akzeptorgruppen) (UF1, E6). 53) erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4), 54) schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab(u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3), 55) untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente(u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5), 56) ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere und Duromere) (E5), 57) beschreiben die Struktur und Bindungsverhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfe mesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellung (E6, E7), 58) erklären vergleichend die Struktur und deren Einfluss auf die Farbigkeit ausgewählter organischer Farbstoffe (u.a. Azofarbstoffe) (E6), 59) werten Absorptionsspektren fotometrischer Messungen aus und interpretieren die Ergebnisse (E5). 60) verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3), 61) erläutern Zusammenhänge zwischen Lichtabsorption und Farbigkeit fachsprachlich angemessen (K3), 62) präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3), 63) recherchieren zur Herstellung, Verwendung und Geschichte ausgewählter organischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3), 64) demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion maßgeschneiderter Moleküle (K3). 65) erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3),

25 66) diskutieren Wege zur Herstellung ausgewählter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B2, B3), 67) beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4). 25

26 2.1.5 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase Q1 Grundkurs Unterrichtsvorhaben I Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: Starke und schwache Säuren und Basen Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Zeitbedarf: ca. Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte inhaltlicher Säuren und Basen im Alltag und im Labor Säure-Base-Konzept nach Brönsted Säuren als Protonendonatoren Basen als Protonenakzeptoren Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 1, 2, 3, 4, 5, 6 KKE (E): 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 KKE (K): 18, 19, 20, 22, 23 KKE (B): 24, 25, 26, 27 Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Demonstration verschiedener Lösungen und Alltagsprodukte, Zusatz von Universalindikator, Mischen der Lösungen LDExp.: Reaktion von Ammoniak mit Chlorwasserstoff in der Gasphase AB Protolysereaktionen und korrespondierende Säure-Base-Paare Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Aufriss der Thematik; Aufgreifen und Vertiefen von Kenntnissen aus der Sekundarstufe I und der Einführungsphase; es kann sowohl ein Überblick über das gesamte Inhaltsfeld als auch ein Schwerpunkt gelegt werden. Grundlegende Einführung des Säure-Base- Konzepts von BRØNSTED; aus dem Fehlen von Wasser als Reaktionspartner geht die Veränderung des Säure-Base-Begriffs im Vergleich zum Arrhenius-Konzept deutlich hervor. Die Deutung des Versuchs untermauert die Verknüpfung der Säure und der Base, der Protonenabgabe mit der Protonenaufnahme. Protolysereaktionen in Salzlösungen Autoprotolyse und Ionenprodukt des Wassers Definition ph-wert und poh-wert Exp.: ph-wertmessung verschiedener Salzlösungen LV Tabelle zum Zusammenhang von c(h 3 O + ), ph, c(oh - ) und poh Übung zum Erstellen der Reaktionsschemata, Zuordnen der Säure-Base-Paare; über die Rolle des Wassermoleküls in den Experimenten. Das Ionenprodukt des Wassers und der ph- Wert lassen sich einsichtig und zügig im Lehrervortrag vermitteln. Durch Ausfüllen der Tabelle und Lösen von Übungsaufgaben verinnerlichen die SuS die Inhalte des Lehrervortrags und durch die intensive Auseinandersetzung

27 Protolysen als Gleichgewichtsreaktion Vgl. starker und schwacher Säuren/Basen Anwendung Massenwirkungsgesetz, K S /K B - bzw. pk S /pk B -Wert ph-wert-berechnung bei schwachen einprotonigen Säuren Verwendung starker und schwacher Säuren/ Basen in Alltagsprodukten Wichtige Größenangaben in der Chemie Stoffmenge, Konzentrationsangaben, Volumen, Dichte, Masse und Molare Masse Bestimmung der Säurekonzentration in Lebensmitteln durch Titration Endpunktbestimmung mit Indikator Exp.: ph-wertmessung verschiedener 1molarer Säurelösungen Kapitel 6.3 Kapitel 6.4 Differenzierte Übungsaufgaben mit Möglichkeiten der Selbstkontrolle Recherche und Diskussion: z.b. welche Säuren sind zum Entkalken einer Kaffemaschine geeignet? Exp. Bestimmung des Gehalts von Essigsäure in Essig, Milchsäure in verschiedenen Milchprodukten, Gesamtsäuregehalt in Wein mit den Aufgaben gewinnen die Lerngruppenmitglieder Sicherheit. Der Umgang mit Logarithmen und auch Potenzen ist vielen Schülerinnen und Schülern wenig vertraut. Hier bietet sich ein Exkurs Potenzen und Logarithmen an. Beim Vergleich der ph-werte gleich konzentrierter Säuren wird deutlich, dass nicht der ph- Wert die Säurestärke bestimmt. Die Anwendung des Massenwirkungsgesetzes auf die Gleichgewichtsreaktion einer schwachen Säure führt zur Säurekonstante. Die Lerngruppenmitglieder müssen Vorhersagen zu Säure-Base- Reaktion mithilfe von K S - bzw. pk S - sowie K B - bzw. pk B - Werten machen können. Für viele Schülerinnen und Schüler ist der Umgang mit K S - und K B -Werten einfacher als der Umgang mit pk S - und pk B -Werten. Es ist deshalb durchaus möglich, den pk S -Wert sowie pk B -Wert bei Rechnungen erst im letzten Rechenschritt zu nutzen. Die Bearbeitung entsprechender Übungsaufgaben festigt die wichtigen Kompetenzen im Umgang mit dem ph-wert und der Säurestärke. Erfahrungsgemäß benötigen die SuS zur Reaktivierung ihrer mathematischen Kenntnisse und Kompetenzen, die im Rahmen der analytischen Verfahren relevant sind, eine wiederholende Übungseinheit. Wichtig: auch Massenanteil und Massenkonzentration berücksichtigen! Die Schülerinnen und Schüler müssen das Verfahren einer Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator erläutern, zielgerichtet durchführen und auswerten können. Das 27

28 Vgl. Titrationskurven schwache/starke Säure ph-sprung und Indikatorwahl Leitfähigkeitstitration Ionenäquivalentleitfähigkeiten Durchführung, Grafische Darstellung und Auswertung Exp.: Bestimmung der Essigsäure- Konzentration in Aceto Balsamico bzw. angefärbter Salzsäure Kapitel 6.7 Abb. verschiedener Titrationskurven und Tabelle zu Umschlagbereichen Exp.: Vergleich der Leitfähigkeit 1molarer Salzsäure, Natronlauge und Natriumchlorid-Lösung LV: Ladungsübertragung in sauren und basischen Lösungen Exp.: Leitfähigkeitstitration einer Natronlauge Vergleichen mit Gehaltsangaben auf den Verpackungen fördert das Bewerten der durch eigene Experimente gewonnenen Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen). Auch das Bewerten der Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base-Reaktionen wird gefördert. Die Schülerinnen und Schüler müssen eine phmetrische Titration beschreiben, charakteristische Punkte der Titrationskurve (u.a. Äquivalenzpunkt, Halbäquivalenzpunkt) interpretieren und den Verlauf mithilfe des Protolyse-konzepts erklären können. Die Versuche können arbeitsteilig durchgeführt, die Ergebnisse im Schülervortrag vorgestellt werden. Anhand des Verlaufs einer Titrationskurve und dem Umschlagbereich können die SuS die Eignung von Indikatoren erschließen. Mithilfe der Versuche und tabellarischer Werte von Ionenäquivalentleitfähigkeiten erwerben die SuS Kenntnisse, mit denen sie das Verfahren der Leitfähigkeitstitration selbständig entwickeln können. Die Schülerinnen und Schüler müssen das Verfahren einer Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt beschreiben und vorhandene Messdaten auswerten können. Beide Versuche fördern den

29 Diagnose von Schülerkonzepten: Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Erwerb dieser Kompetenz. Die Schülerinnen und Schüler lernen die Durchführung und den grundlegenden Verlauf verschiedener Titrationskurven kennen. Unterrichtsvorhaben II Kontext: Strom für die Taschenlampe und Mobiltelefon Inhaltsfeld: Elektrochemie Zeitbedarf: ca. Std. à 67,5 min Sequenzierung Aspekte inhaltlicher Oxidation und Reduktion Elektronenübergänge Redoxreaktionen Oxidationsmittel Reduktionsmittel Korrespondierende Redoxpaare Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans KKE (UF): 28, 29, 30, 31, 32 KKE (E): 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, KKE (K): 48, 49, 50, 51, Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Anschauungsmaterial: diverse Batterien, Akkus AB mit Definitionen und Zuordnungsübungen; Vergleich mit Säure-Base-Begriff Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Batterien und Akkus, mit denen die Lerngruppenmitglieder häufig unbewusst umgehen, werden lose vorgestellt. Teile der Batterie werden beschrieben. Anschließend wird als erster Themenblock Aufbau und Funktionsweise einer Batterie angesteuert. Dazu müssen in der Regel grundlegende Aspekte des Donator- Akzeptor-Basiskonzepts aufgegriffen werden. Oxidationszahlen Regeln zur Ermittlung von Oxidationszahlen Aufstellen einer Redoxgleichung Synproportionierung und Disproportionierung KKE (B): 55 Die Kursmitglieder sind bereits in der Einführungsphase mit Oxidationszahlen und Redoxgleichungen in Berührung gekommen. In der Regel sind das Auffrischen und Systematisieren dieser Kenntnisse und Kompetenzen notwendig. Die Schülerinnen und Schüler nutzen die Kapitel 7.1 und 7.2 weitgehend selbstständig. Zu ihrer Selbstüberprüfung lösen sie die Aufgaben. 29

30 Die Redoxreihe Redoxreihe der Metalle Redoxreihe der Nichtmetalle Galvanische Elemente Daniell-Element Aufbau einer galvanischen Zelle Spannung galvanischer Elemente Modellhafte Darstellung des Zustandekommens der Spannung eines Daniell-Elements Die elektrochemische Spannungsreihe Standardwasserstoffelektrode Standardpotentiale Elektrochemische Spannungsreihe Ionenkonzentration und Spannung Aufbau eines Konzentrationselements Spannung eines Konzentrationselements Exp.: Reaktionen zwischen Metallen und Metall-Ionen (z.b. Kapitel 7.2 V1) Exp.: Elektronenübertragung nutzbar machen! Material: Kupferblech, Zinkblech, Kupfersulfat- Lösung, Zinksulfat-Lösung, Salzbrücke, Kabel, Multimeter, Bechergläser AB Daniell-Element (Beschriftung, Reaktionsgleichungen) AB Zustandekommen der Potentialdifferenz (Modell) Kapitel 7.4 und 7.5 Exp.: Galvanische Zelle aus zwei identischen Halbzellen; Verdünnung der Lösung in einer Halbzelle AB: Zuordnung Anode/ Kathode, Pluspol/ Minuspol, Reduktion/ Oxi- Die Versuche werden arbeitsgleich oder arbeitsteilig eingesetzt, um auf die Redoxreihen hinzuarbeiten. Die Begriffe oxidieren, wird oxidiert, reduzieren, wird reduziert werden nachhaltig eingefordert. Die SuS erhalten den Auftrag eine Versuchsanordnung zu entwickeln, mit der sowohl eine Spannung als auch eine Stromstärke messbar ist. Häufig stellen sie aufgrund der Kenntnisse der Redoxreihe zunächst das Zinkblech in die Kupfersulfatlösung und erschließen so die Notwendigkeit der räumlichen Trennung der Reaktionspartner. Es sind meist auch grundlegende Aspekte aus der Physik zur Elektrizitätslehre aufzugreifen: Spannung, Stromstärke, Widerstand, elektrische Energie. Die Inhalte der Kapitel sind grundlegend für den Kompetenzerwerb. Der Aufbau und die Funktionsweise der Standardwasserstoffelektrode wird im Lehrervortrag vorgestellt. Mit gemessenen Potentialdifferenzen verschiedener Galvanischer Zellen und dem Standardpotential eines Halbelements lässt sich eine elektrochemische Spannungsreihe aufstellen. Mit den Standardpotentialen werden wiederum an Beispielen von galvanischen Zellen Spannungen berechnet. Bei Wahl als Demonstrationsversuch kann man die Lerngruppenmitglieder jeweils Voraussagen zu den erwarteten Spannungen machen lassen. Dieses erhöht das Interesse der Lerngruppenmitglieder und bereitet auf die logarithmische Abhängigkeit der Spannung vom Konzentrati-