Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS. Avogadro-Hypothese

Transkript

1 Stand: Juli 2016 Avogadro-Hypothese Jahrgangsstufen Fach/Fächer Übergreifende Bildungsund Erziehungsziele Zeitrahmen benötigtes Material 8 (NTG), 9 (SG, MuG, WSG) Chemie Unterrichtsstunden Eudiometer Kompetenzerwartungen Die Schülerinnen und Schüler interpretieren erhobene oder recherchierte Daten und setzen diese zu den Eingangshypothesen in Beziehung. C8 (NTG) LB 1, C9 (SG) LB 1 beschreiben die Entwicklung naturwissenschaftlichen Wissens im Rahmen eines Erkenntniswegs und schätzen ab, ob eine vorgegebene Fragestellung mithilfe chemischer Methoden zu beantworten ist. C8 (NTG) LB 1, C9 (SG) LB 1 beschreiben Eigenschaften von Modellen und verwenden Modelle zur Veranschaulichung und Erklärung des Aufbaus der Materie aus verschiedenen Teilchen und zur Beschreibung chemischer Reaktionen. C8 (NTG) LB 1, C9 (SG) LB 1 beantworten chemische Fragestellungen, indem sie vorgegebene, auf einfachen Texten und wenigen Darstellungsformen beruhende Quellen auswerten. C8 (NTG) LB 1, C9 (SG) LB 1 werten Versuchsergebnisse zur Ermittlung von relativen Atommassen und zur Molekülformelbestimmung für gasförmige Elemente und binäre Verbindungen aus. C8 (NTG) LB 3 werten Versuchsergebnisse zur Molekülformelbestimmung für gasförmige Elemente und binäre Verbindungen aus. C9 (SG) LB 3

2 Aufgabe Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Sicherlich hast du bereits Formeln für chemische Substanzen kennengelernt (z. B. H 2 O für das Wassermolekül). Aber woher wissen Chemiker eigentlich die Formeln der Moleküle? Wichtig ist, dass du dir merkst, dass alle Formeln experimentell ermittelt wurden und werden. In den folgenden Aufgaben erfährst du, wie die Formeln für einfache Moleküle wie das Sauerstoff-, Wasserstoff-, Chlor- oder Methanmolekül ermittelt wurden. 1 Lies zuerst den Informationstext und erzähle anschließend deiner Banknachbarin oder deinem Banknachbarn mit deinen eigenen Worten, worum es in dem Text geht. Experimente von Gay-Lussac und v. Humboldt Sie bedienten sich dabei des Voltaischen Eudiometers, wo eine zugesetzt Menge von Wasserstoffgas sich nach Zündungen durch einen elektrischen Funken mit dem Sauerstoff der Luft zu Wasser vereinigen sollte. Aus einer Reihe von quantitativen Reaktionen schlossen sie: So hatten sich 99,64 Th. Sauerstoffgas mit 199,1 Th. Wasserstoffgas verbunden, und 100 Theile Sauerstoffgas erforderten hiernach zur Sättigung 199,89 Theile Wasserstoffgas, wofür sich ohne Fehler 200 Theile nehmen lassen. (...) Durch diese Gründe erscheint uns genügend dargethan zu seyn, dass 100 Theile Sauerstoffgas sehr nahe 200 Theile Wasserstoffgas zu ihrer Sättigung erfordern. 2 Stelle eine Hypothese über den Zusammenhang zwischen der Molekülformel des Wassermoleküls und den Versuchsergebnissen her. 3 Gay-Lussac und v. Humboldt führten noch weitere Experimente mit anderen Gasen durch. Die nachfolgende Tabelle zeigt dir, wie viele Volumeneinheiten eines Gases zur vollständigen Reaktion mit einem anderen Gas benötigt werden: Gas 1 Volumeneinheiten Gas 2 Volumeneinheiten Produkt Ammoniak 100 Wasserstoffchlorid 100 Ammoniumchlorid Stickstoff 100 Sauerstoff 50 Distickstoffmonooxid Stickstoff 100 Sauerstoff 100 Stickstoffmonoxid Stickstoff 100 Sauerstoff 200 Stickstoffdioxid Stickstoff 100 Wasserstoff 300 Ammoniak Schwefeldioxid 100 Sauerstoff 50 Schwefeltrioxid Kohlenstoffmonooxid 100 Sauerstoff 50 Kohlenstoffdioxid Leite aus den Versuchsergebnissen eine Regel ab. 4 Der italienische Chemiker Amadeo Avogadro veröffentlichte 1811 die nach ihm benannte Avogadro-Hypothese. Diese besagt, dass alle Gase bei gleicher Temperatur und gleichem Druck in gleichen Volumina die gleiche Teilchenanzahl enthalten. Skizziere ein Beispiel, das diese Hypothese illustriert. Seite 2 von 7

3 5 Folgendes Experiment wird durchgeführt: vorher Zündung nachher 3 ml Wasserstoff (g) 3 ml Chlor (g) 6 ml Wasserstoffchlorid (g) Blitzgerät Blitzgerät Blitzgerät Stelle das Reaktionsschema auf und gibt die Volumenverhältnisse dazu an. 6 Entscheide und begründe, welche der folgenden Deutungen das Versuchsergebnis auf Teilchenebene zutreffend beschreibt. Überlege zuerst, für welche Teilchenart die einzelnen Symbole stehen. Gib an, welche Bedeutung das Quadrat/Rechteck hat. Seite 3 von 7

4 7 Verwende die folgende Tabelle, um die Molekülformeln von Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser abzuleiten. Versuch 1 Versuch 2 Versuch 3 Versuch 4 Wasserstoffgas 10 ml 10 ml 20 ml 20 ml Sauerstoffgas 10 ml 20 ml 10 ml 20 ml Wasserdampf 10 ml 10 ml 20 ml 20 ml Rest 5 ml Sauerstoffgas 15 ml Sauerstoffgas - 10 ml Sauerstoffgas 8 Entscheide, welche der folgenden Aussagen jeweils zutrifft, indem du die falschen Auswahlbegriffe durchstreichst. V(Ballon 1) = V(Ballon 2) 1 2 Kohlen- Sauerstoff stoffdioxid a) Ballon 1 enthält mehr weniger gleich viele Moleküle als/wie Ballon 2. b) Ballon 1 enthält mehr weniger gleich viele Atome als/wie Ballon 2. c) Ballon 1 enthält mehr weniger gleich viele Sauerstoff-Atome als/wie Ballon 2. d) Ballon 1 ist leichter gleich schwer schwerer als/wie Ballon 2. Seite 4 von 7

5 Hinweise zum Unterricht Illustrierende Aufgaben zum LehrplanPLUS Vor der Bearbeitung der Aufgaben ist es sinnvoll, den Eudiometerversuch zu demonstrieren. Dies kann sowohl im Makro- als auch Mikromaßstab erfolgen. Nach den einzelnen Aufgaben 1, 2, 3, 4 und 7 ist es sinnvoll, die Lernprodukte der Schülerinnen und Schüler im Plenum zu diskutieren und ein richtiges Ergebnis abzuleiten. Neben der Wasserstoffchlorid- und der Wassersynthese können auch viele weitere Molekülreaktionen analog zu den Aufgabe 6 und 7 aufgearbeitet werden: - Analyse von Ammoniak - Hydrierung von Ethen - Analyse von Ethan - Hydrierung von Ethin - Beispiele aus Aufgabe 3 Beispiele für Produkte und Lösungen der Schülerinnen und Schüler zu 2: Da die Schülerinnen und Schüler bereits die Molekülformel von Wasser kennen, fällt die Ableitung leicht. Sie geht sogar zu weit, weil sich nur das Verhältnis Wasserstoff:Sauerstoff von 2:1 ableiten lässt. zu 3: ganzzahlig Die Volumenverhältnisse, in denen sich Gase an chemischen Reaktionen beteiligen, können durch kleine ganze Zahlen ausgedrückt werden. Seite 5 von 7

6 zu 4: Die Lösung geht hier schon zu weit, weil sie bereits den Molekülcharakter der Gase beachtet. Die folgende Lösung hätte zu diesem Zeitpunkt ebenfalls noch akzeptiert werden müssen: Teilchen deutlicher voneinander trennen! zu 5: Wasserstoff (g) + Chlor (g) Wasserstoffchlorid (g) 3 ml + 3 ml 6 ml zu 6: das gleiche Volumen. Seite 6 von 7

7 Ableitung durch Ausschluss als zu 7: + 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml 10 ml Entsprechende Skizzen auch für die weiteren Ansätze. zu 8: a) gleich b) mehr c) gleich d) schwerer Seite 7 von 7