Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Chemie

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1 Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Chemie Gymnasium Zitadelle Schulinterner Lehrplan S II

2 Inhalt Seite 1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Entscheidungen zum Unterricht Unterrichtsvorhaben Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Lehr- und Lernmittel Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen Qualitätssicherung und Evaluation...68 Stand: 06/2015 Seite 2

3 1 Rahmenbedingungen der fachlichen Arbeit Die allgemeinen standortspezifischen Rahmenbedingungen unserer schulischen Arbeit sind fächerübergreifend im Vorwort des Schulcurriculums formuliert. In der Oberstufe sind durchschnittlich ca Schülerinnen und Schüler pro Stufe. Das Fach Chemie ist in der Regel in der Einführungsphase mit 1-3 Kursen und in der Qualifikationsphase je Jahrgangsstufe mit 1-2 Grundkursen vertreten. In der Oberstufe wird Chemie im Grundkurs in einer Doppelstunde à 90 Minuten und einer Einzelstunde à 45 Minuten wöchentlich unterrichtet. Ein Leistungskurs wird nicht angeboten. Zusätzlich werden regelmäßig AG-Angebote im Naturwissenschaftsbereich durchgeführt. Die Verteilung der Wochenstundenzahlen in der Sekundarstufe II ist wie folgt: Fachunterricht in der EF und in der QPH EF/10 Ch (3) Q1/11 Ch (3/5) Q2/12 Ch (3/5) Dem Fach Chemie stehen zwei Fachräume zur Verfügung, von denen in zwei Räumen auch in Schülerübungen experimentell gearbeitet werden kann. Zusätzlich stehen ein Kombiraum, der mit den anderen Naturwissenschaften geteilt wird und ein Laborraum zur Verfügung. Um den Unterricht im Fachraum zu garantieren, findet der Fachunterricht zum Teil auch im Nachmittagsbereich statt. 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. Damit soll dem Ziel der ganzheitlichen Bildung und dem Ansprechen unterschiedlicher Lerntypen Rechnung getragen werden. Entsprechend der Lehrpläne können auf diese Weise im besonderen Maße Methoden des Fachs, der Naturwissenschaft, aber auch allgemeine Kompetenzen gefördert werden. Stand: 06/2015 Seite 3

4 2 Entscheidungen zum Unterricht Aufgaben und Ziele Gegenstand der Fächer im mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeld (III) sind die empirisch erfassbare, die in formalen Strukturen beschreibbare und die durch Technik gestaltbare Wirklichkeit sowie die Verfahrens- und Erkenntnisweisen, die ihrer Erschließung und Gestaltung dienen. Naturwissenschaft und Technik prägen unsere Gesellschaft in allen Bereichen und bilden heute einen bedeutenden Teil unserer kulturellen Identität. Sie bestimmen maßgeblich unser Weltbild, das schneller als in der Vergangenheit Veränderungen durch aktuelle Forschungsergebnisse er-fährt. Das Wechselspiel zwischen naturwissenschaftlicher Erkenntnis und technischer Anwendung bewirkt einerseits Fortschritte auf vielen Gebieten, vor allem auch bei der Entwicklung und Anwendung von neuen Technologien und Produktionsverfahren. Andererseits birgt das Streben nach Fortschritt auch Risiken, die bewertet und beherrscht werden müssen. Naturwissenschaftlich-technische Erkenntnisse und Innovationen stehen damit zunehmend im Fokus gesellschaftlicher Diskussionen und Auseinandersetzungen. Eine vertiefte naturwissenschaftliche Bildung bietet dabei die Grundlage für fundierte Urteile in Entscheidungsprozessen über erwünschte oder unerwünschte Entwicklungen. Im Rahmen der von allen Fächern zu erfüllenden Querschnittsaufgaben tragen insbesondere auch die Fächer des mathematisch-naturwissenschaftlich-technischen Aufgabenfeldes im Rahmen der Entwicklung von Gestaltungskompetenz zur kritischen Reflexion geschlechter- und kulturstereotyper Zuordnungen, zur Werteerziehung, zur Empathie und Solidarität, zum Aufbau sozialer Verantwortung, zur Gestaltung einer demokratischen Gesellschaft, zur Sicherung der natürlichen Lebensgrundlagen, auch für kommende Generationen im Sinne einer nach-haltigen Entwicklung und zur kulturellen Mitgestaltung bei. Darüber hinaus leisten sie einen Beitrag zur interkulturellen Verständigung, zur interdisziplinären Verknüpfung von Kompetenzen, auch mit gesellschaftswissenschaftlichen und sprachlich-literarisch-künstlerischen Feldern sowie zur Vorbereitung auf Ausbildung, Studium, Arbeit und Beruf. Besondere Ziele der Chemie Die Chemie als experimentell orientierte Erfahrungswissenschaft verfolgt das Ziel, den Aufbau der Stoffe und jegliche Stoffumwandlung zu untersuchen und zu erklären. Sie generiert übergreifende Theorien und Modelle zum Aufbau der Stoffe und zum Ablauf von Stoffumwandlungen und die damit einhergehenden Energieumsätze sowie zur Beschreibung und Erklärung natürlicher und technischer Prozesse. Darüber hinaus liefert sie Kriterien für die Beurteilung technischer Systeme und Entwicklungen, wo-bei Aspekte der Beeinflussung natürlicher und technischer Abläufe aufgenommen werden. Bei chemischen Untersuchungen spielen sowohl die Beschreibung von Phänomenen in einer exakten Fachsprache, das zielgerichtete Überprüfen von Hypothesen durch Experimente, das kriterien- und theoriegeleitete Argumentieren sowie das ordnende Strukturieren fachwissenschaftlicher Erkenntnisse eine herausgehobene Rolle. Kennzeichnend sind dabei die wechselnde Betrachtung von Stoffen und Stoffumwandlungen auf der Stoff- und der Teilchenebene und die Verknüpfung dieser bei-den Ebenen zur Erklärung von Phänomenen, Sachverhalten, Konzepten und Gesetzmäßigkeiten der Chemie. Kompetenzbereiche, Inhaltsfelder und Kompetenzerwartungen Die in den allgemeinen Aufgaben und Zielen des Faches beschriebene übergreifende fachliche Kompetenz wird ausdifferenziert, indem fachspezifische Kompetenzbereiche und Inhaltsfelder identifiziert und ausgewiesen werden. In den Kompetenzerwartungen werden Prozesse und Gegenstände miteinander verknüpft. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass der Stand: 06/2015 Seite 4

5 gleichzeitige Einsatz von Können und Wissen bei der Bewältigung von Anforderungssituationen eine zentrale Rolle spielt. Kompetenzerwartungen Kompetenzbereiche (Prozesse) Übergreifende fachliche Kompetenz (Kap. 1) Kompetenzerwartungen Kompetenzbereiche repräsentieren die Grunddimensionen des fachlichen Handelns. Sie dienen dazu, die einzelnen Teiloperationen entlang der fachlichen Kerne zu strukturieren und den Zugriff für die am Lehr-Lernprozess Beteiligten zu verdeutlichen. Sie sind folgendermaßen aufgegliedert_ - Umgang mit Fachwissen, - Erkenntnisgewinnung, - Kommunikation sowie - Bewertung Inhaltsfelder systematisieren mit ihren jeweiligen inhaltlichen Schwerpunkten die im Unterricht der gymnasialen Oberstufe verbindlichen und unverzichtbaren Gegenstände und liefern Hinweise für die inhaltliche Ausrichtung des Lehrens und Lernens. Kompetenzerwartungen führen Prozesse und Gegenstände zusammen und beschreiben die fachlichen Anforderungen und intendierten Lernergebnisse, die kontinuierlich bis zum Ende der Sekundarstufe II erreicht werden sollen. In den konkretisierten Kompetenzerwartungen werde genaue, zu erreichende Kompetenzen formuliert. Basiskonzepte In Anlehnung an die Bildungsstandards für den mittleren Schulabschluss und aufbauend auf den Basiskonzepten des Kernlehrplans Chemie der Sekundarstufe I werden in der gymnasialen Oberstufe die Basiskonzepte der SI aufgegriffen, vertieft und weiter differenziert Die Basiskonzepte haben wichtige strukturierende und orientierende Funktionen: Sie beinhalten zentrale, aufeinander bezogene Begriffe, Modellvorstellungen und Prozesse sowie damit verknüpfte Handlungsmöglichkeiten. Als Konzepte mit übergeordneter Bedeutung und Reichweite eignen sie sich besonders gut zur Vernetzung des Wissens in unter-schiedlichen Inhaltsfeldern der Chemie. Sie ermöglichen außerdem, Sachverhalte situationsübergreifend aus bestimmten Perspektiven anzugehen. Somit bilden sie übergeordnete Strukturen im Entstehungsprozess eines vielseitig verknüpften Wissensnetzes. Stand: 06/2015 Seite 5

6 Struktur der Materie Chemische Reaktion Energie SI Struktur- Eigenschaft Chemisches Gleichgewicht Donator- Akzeptor Energie SIIa ltsf 2.1 Unterrichtsvorhaben Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen ab-zudecken. 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 wer-den 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 Unterrichts-vorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mit-glieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausweisung konkretisierter Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.2) empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neu-en Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperationen, Lernmitteln und orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzelnen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorgeschlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben insgesamt alle Kompetenzen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden. Stand: 06/2015 Seite 6

7 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: 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 - Gleichgewichtsreaktionen (Estergleichgewicht) Zeitbedarf: ca. 42 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben III: 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 Kontext: Vom Autoabgas zur Versauerung der Meere Kohlenstoffkreislauf 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 Kooperation Biologie (Stoffwechsel) Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 min Summe Einführungsphase: 86 Stunden Stand: 06/2015 Seite 7

8 Unterrichtsvorhaben I: Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: starke und schwache Säuren - Konzentrationsbestimmungen von Säure in Lebensmitteln 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: ca. 28 Std. à 45 Minuten Unterrichtvorhaben III Kontext: Vom Rost zur Batterie Korrosion und Korrosionsschutz 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: - Korrosion - Lokalelement - Korrosionsschutz - Galvanisieren und Elektrolyse Elektrochemische Gewinnung von Stoffen; Faraday-Gesetze - Zeitbedarf: ca. 16 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Vom Rost zur Batterie Galvanische Zellen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1Wiedergabe UF2 Auswahl E3 Hypothesen E6 Modelle Kontext: Vom Rost zur Batterie mobile Energieträger - Batterie, Akku und Brennstoffzelle Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung K2 Recherche Stand: 06/2015 Seite 8

9 E7 Vernetzung K1 Dokumentation K4 Argumentation B1 Kriterien B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: - Mobile Energiequellen - Spannungsreihe, Daniell-Element - Nernst-Gleichung Zeitbedarf: ca. 18 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: K4 Argumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: - Konstruktion von Batterien - Elektrolyse - Funktionsweise der Brennstoffzelle Zeitbedarf: ca. 8 Stunden à 45 Minuten Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Plexiglas 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 - Grundlegende Mechanismen Zeitbedarf: ca. 16 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 86 Stunden Stand: 06/2015 Seite 9

10 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Von der Sonnencreme zu bunten Kleidung Farbstoffe 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 Eigenschaften von Polymeren - Polymerisation und Polykondensation Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten 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 - Organische Verbindungen und Reaktionswege - Aromatische System - Elektrophile Substitution Zeitbedarf: ca. 32 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 54 Stunden Stand: 06/2015 Seite 10

11 2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft / Donator-Akzeptor/ chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: - ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen (UF1) - zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte au wählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden (UF2). - die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen (UF3). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: - kriteriengeleitet beobachten und erfassen und gewonnene Ergebnisse frei von eigenen Deutungen beschreiben (E2). - zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3) - unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4). - Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, da-raus qualitative und quantitative Zusammenhänge ab-leiten 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) - in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten (K 2). - chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen (K3). Kompetenzbereich Bewertung: - bei Bewertungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammenhängen Bewertungskriterien angeben und begründet gewichten (B 1). - für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen (B 2). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: - Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen - Gleichgewichtsreaktionen (Estergleichgewicht) Zeitbedarf: ca.42 Std. à 45 Minuten Stand: 06/2015 Seite 11

12 EF - Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Gleichgewichtsreaktionen (Estergleichgewicht) Zeitbedarf: ca.42 Std. à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Rund um das Parfum: Aromastoffe (Vorkommer, 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 lnformationen zur ldentifizierung eines Stoffes (E5), Schwerpunkte Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation K 2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien Basiskonzepte (Schwerpunkt): Struktur Eigenschaft Donator-Akzeptor chemisches Gleichgewicht Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Exp. zu Vorkommen und Isolierung von Aromastoffen übergeordneter Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Durch eine einleitende, kontextbasierte Erarbeitung verschiedener Themenaspekte, sollen die SuS aktiviert und die Stand: 06/2015 Seite 12

13 - Entstehung eines Gaschromatogramms und Informationen zur Identifizierung eines Stoffes - Verwendung und Eigenschaften etherischer Öle, Aromastoffe - Funktionelle Gruppen Ethanol als Lösemittel für Aromastoffe - Wdhl. Atom- und Bindungsmodelle mit Anschauungssmodellen - 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 - 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 derstoffklassen der Alkohole (UF2), - nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2), - beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (UF1, UF3), - zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2), - beschreiben 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), ggfs. Aufnahme Chromatogramm, Ggf. Exp. Herstellung eines Parfums Löseversuche mit Ethanol, Heptan, Wasser Exp. zu Eigenschaften unterschiedlicher Alkohole, Gruppenpuzzle zu verschiedenen Alkoholen mit Recherche zu Vorkommen, Verwendung, Eigenschaften Thematik werden vorstrukturiert Durch die Thematisierung unterschiedlicher Alkohole und deren Anwendung soll die Betrachtung vom Beispiel Ethanol gelöst und auf eine breitere chemische Basis gestellt werden. Lerndiagnoseaufgabe Stand: 06/2015 Seite 13

14 Vorhersagen zu Siedetemperaturen von Alkanen und Alkoholen, auch im Vergleich Auf dem Weg zum Aromastoff: Vom Alkohol zur Carbonsäure Ordnung unter Aromastoffen: Stoffklassen und funktionelle Gruppen, Regeln zur Nomenklatur organischer Verbindungen, angemessene Formelschreibweise Terpere, 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 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 - 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 ( EG), - beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3), - wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (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 (U F2), - 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), Anhand der Strukturen charakteristische Merkmale von Aromastoffen identifizieren Stationen zur Nomenklatur Exp. Nachweis Doppelbindung Exp. Reduktion von Kupferoxid durch verschiedene Alkohole Exp. Kaliumpermanganat mit primären, sekundären und tertiären Alkoholen Durch die Betrachtung unterschiedlicher Strukturen und der Identifizierung der funktionellen Gruppen im Vergleich zu Alkanen wird die Bedeutung der funktionellen Gruppen für die Eigenschaften der Stoffe herausgestellt. Die Bedeutung der Oxidationszahlen soll durch einen Vergleich mit anorganischen Redoxreaktionen verdeutlicht werden. Das Aufstellen von Reaktionsgleichungen soll anhand eines schematischen Ablaufmusters eingeübt werden. Es eignet sich besonders eine Darstellung der experimentellen Ergebnisse Stand: 06/2015 Seite 14

15 - Vorkommen, Verwendung wichtiger Carbonsäuren - Struktur-Eigenschaftsbeziehungen wichtiger Carbonsäuren Schnell mit Säuren Kalk lösen - die Reaktionsgeschwindigkeit - Reaktionsgeschwindigkeit als Differenzenquotient und Deutung mit einfachem Modell auf molekularer Ebene Vermutungen und Planung von Versuchen zur Abh. Der Reaktionsgeschwindigkeit von Oberfläche, Konzentration, Temperatur 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 - 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 protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4), - planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen diese zielgerichtet durch und dokumentieren Beobachtungen und Ergebnisse (E2, E4), - 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 Differenzenquotient dc/dt (UF1), - erklären den zeitlichen Ablauf chemischer Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie für Gase) (EO), - 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), - 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 de Kondensationsreaktion begründet zu (UF1 ), Exp. Silberspiegel Vermutungen zu und exp. Untersuchung von Eigenschaften wichtiger Carbonsäuren Exp. Kalk /Ameisensäure, graph. und tabell. Auswertung, Variation Oberfläche, Konzentration, Temperatur Exp. Estersynthesen im Reagenzglas Demo-Exp. Esterhydrolyse im Reagenzglas über Datenverarbeitungsprogram me und eine Wortfelderschließung und Übung des Umgangs mit Graphen, Tabellen und Messwerten. Zudem besteht die Möglichkeit der Binnendifferenzierung durch eine Ausweitung der Untersuchungen auf Enzymreaktionen (Biologie) oder der Berechnung der Momentan Geschwindigkeit (Mathematik). Eine tiefergehende Betrachtung der Kinetik oder eine mechanistische Betrachtung sind möglich Die Umkehrbarkeit der chemischen Reaktion soll verdeutlicht werden. Stand: 06/2015 Seite 15

16 - Vor- und Nachteile bei Einsatz und Anwendung wichtiger Vertreter Veresterung und Esterhydrolyse - umkehrbare Reaktionen und das chem. Gleichgewicht - Merkmale des chemischen Gleichgewichtszustands - Beobachtung Stoffebene, Deutung Teilchenebene - Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit - Massenwirkungsgesetz und Gleichgewichtskonstante Modelle zum chemischen Gleichgewicht - Wasserhebermodell - 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), - 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), - stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoffumsatz in Abhängigkeit von der Zeit tabellarisch und graphisch dar (K1), - formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (UF3), - interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (U F4), Exp.: gleiche Ansätze Essigsäure/Ethanol und Ethansäureethylester/Was ser, Bestimmung des Gehalts an Essigsäure nach drei Tagen durch Titration, Rückschluss auf Stoffmengenkonzentration aller Reaktionsteilnehmer, Entdeckung und Erklärung des chem. Gleichgewichts Eine Anwendung auf der Haber-Bosch-Verfahren ist möglich Berechnungen von Gleichgewichtskonzentration en aus experimentellen Ergebnissen können durchgeführt werden. Nicht nur bei Ester: Untersuchung zum chem. Gleichgewicht bei Eisen- und Thiocyanat-Ionen - Nachweis Existenz chem. Gleichgewicht und Merkmale - Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch Konzentrationsänderung Diagnose von Schülerkonzepten: Lerndiagnose: Geschwindigkeit und Gleichgewicht - beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6), - erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung) (uf3), - formulieren für ausgewählte Gleichgewichtsreaktionen das Massenwirkungsgesetz (U F3), - interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (U F4), Wasserheberversuch Exp. mit Eisenchlorid und Kaliumthiocyanat zum chem. Gleichgewicht (Nachweis Existenz, Wiederholung Merkmale des chem. Gleichgewichts, Beeinflussung durch Konzentrationsänderunge n) Druckabhängigkei t im Spritzenversuch (ggf. später) Ein Vergleich des Modells mit den tatsächlich Prozessen und die Thematisierung der Vorteile und Grenzen der Modelle sind gegeben Stand: 06/2015 Seite 16

17 Leistungsbewertung: Klausur, Schriftliche Übung zum Puzzle Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten/ Nomenklatur und Funktionelle Gruppen Stand: 06/2015 Seite 17

18 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Vom Autoabgas zur Versauerung der Meere Kohlenstoffkreislauf 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. 36 Std. à 45 min Stand: 06/2015 Seite 18

19 EF - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Vom Autoabgas zur Versauerung der Meere Kohlenstoffkreislauf Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf in der Natur Gleichgewichtsreaktionen (Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 min Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl E1 Probleme und Fragestellungen E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E 6 Modelle E 7 Arbeits- und Denkweisen K4 Argumentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Der natürliche/biologische Kohlenstoff- Kreislauf mit nachwachsenden Rohstoffen Photosynthese und Zellatmung, Glucose, Kohlenstoffdioxid exergon und endergon ggf. Chemosynthese Einflussfaktoren auf die Photosynthese: Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler... - nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6), - beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor-Prinzips (E2, E6), - interpretieren ein einfaches Energie-Reaktionsweg- Diagramm (E5, K3), Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Donator-Akzeptor Lehrmittel/ Materialien/ Verbindliche Methoden Absprachen Didaktischmethodische Anmerkungen Wiederholung von Redoxreaktionen an Beispielen des Citratund Calvin-Zyklus Experimente zu Zucker und Einflussfaktoren auf die Photosynthese Erste Thematisierung von Absorption möglich Einflussfaktoren auf die Photosynthese und Stand: 06/2015 Seite 19

20 - Temperatur, Licht, CO 2-Konzentration, Wasserverfügbarkeit Biologie Stoffwechel Der globale Kohlenstoff-Carbonat- Kreislauf, seine Störungen und Auswirkungen - Der Kalkkreislauf in der Natur Mineralwasser Carbonate und Hydrogencarbonate, Tropfsteinhöhle - Gleichgewichte CO 2(g)/CO 2(aq), CO 2/ HCO 3-, CaCO 3/Ca(HCO 3) erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (uf1), - erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (uf3), - 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 eines chemischen Gleichgewichts, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1 ) Gruppenpuzzle Kohlenstoffkreisläufe Experimente zum Kalkkreislauf Kartenabfrage Begriffe zum Thema Kohlenstoffdioxid Erklärung anhand der Reaktionsgeschwindigk eit (Kinetik) Implizite Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m, molaren Masse M und der Konzentration Löslichkeit von CO 2 in Wasser - Qualitativ: Bildung einer sauren Lösung quantitativ Unvollständigkeit der Reaktion Umkehrbarkeit (Reaktionsgleichung) - Beeinflussung durch Konzentrationsänderung, Temperaturänderung, Druckänderung, ph- Wert, Salzgahalt Anwendung des MWG - Der geologische Kohlenstoff-Kreislauf - Der globale Kohlenstoff-Carbonat-Kreislauf - beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6), - beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1 ), - 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 ), - veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat- Kreis lauf graphisch oder durch Symbole (K3), - recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4), Exp. zur Löslichkeit von Kohlenstoffdioxid in Wasser, Variation der Bedingungen - Druck und Kohlensäuregleichgewicht (Spritzenversuch) Wiederholung und Anwendung des MWG Stand: 06/2015 Seite 20

21 - Ggf. Berechnung der erwarteten Oxonium- Ionenkonzentration Störungen und Auswirkungen - anthropogen und natürlich erzeugter Treibhauseffekt, ausgewählte Ursachen - Einfluss des anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids in der Atmosphäre und im Meer unter Einbezug von Gleichgewichten - Prognosen zum Klimawandel, Vorläufigkeit der Aussagen - formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe ( u. a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat- Kreislauf ) (E3), - unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1), - formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1), - beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7). - beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3) Aufstellen Reaktionsgleichungen von Recherche - aktuelle Entwicklungen - Versauerung der Meere - Einfluss auf den Golfstrom/Nordatlantikstrom Podiumsdiskussion - Prognosen - Vorschläge zu Reduzierung von Emissionen Verwendung von CO 2 Eine Podiumsdiskussion erscheint unter dem Aspekt der Bewertung von Informationen aus unterschiedlichen Perspektiven als sinnvoll Nachhaltige Landwirtschaft vs. Genügend Essen für alle? Stickstoff als der limitierende Faktor - Stickstoffkreislauf Reaktionen des Stickstoffkreislaufs - Haber-Bosch-Verfahren - Katalyse - erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1), - erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3), Berechnungen zur Bildung von CO 2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane) - Aufstellen von Reaktionsgleichungen - Berechnung des gebildeten CO 2 - Vergleich mit rechtlichen Vorgaben Übung der Oxidationszahlen und Anwendung der Thermodynamik und der Kinetik an einem wichtigen technischen Prozess Stand: 06/2015 Seite 21

22 Sind nachwachsende Rohstoffe als Energiepflanzen sinnvolle und nachhaltige Stoffe zur Reduktion des Kohlenstoffdioxid-Gehaltes der Atmosphäre? - Kraftstoffe der ersten Generation - Kraftstoffe der zweiten Generation - Aktuelle Forschungen - Aktuelle Entscheidungen/Leitlinien - beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reaktionsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1 ), - beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3). - beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2), - ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3), - ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1 ), - beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsgeschwindigkeit mithilfe vorgegebener graphischer Darstellungen (UF1, UF3). - unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1), - formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u. a. Kohlenstoffdioxid- Carbonat-Kreis lauf ) (E3), - analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachgehalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4), - recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid- Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4), - zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, gewichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (81, B2), - 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 (83, B4), - weltweite CO 2- Emissionen Webquest zu den Themen: - Bioethanol - Biodiesel - Kraftstoffe der zweiten Generation - Hydrothermale Karbonisierung mit Katalyatoren - Reflexion und Bewertung der Verwendung hinsichtlich Nachhaltigkeit - Selbstständige Stellungnahme zum Einsatz der Kraftstoffe der ersten und zweiten Generation - Reflexion und Bewertung z.b. zum Beschlusses des EU-Parlaments 09/13 Stand: 06/2015 Seite 22

23 Diagnose von Schülerkonzepten: Lerndiagnose: Kreisläufe und Gleichgewichte Leistungsbewertung: Klausur, Schriftliche Übung Beispielhafte 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 : Stand: 06/2015 Seite 23

24 Stand: 06/2015 Seite 24

25 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben III Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifizieren und reorganisieren (UF4). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: 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). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: - Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten Stand: 06/2015 Seite 25

26 EF - Unterrichtsvorhaben III Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: 8 Std. à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Graphit, Diamant und mehr - Modifikation - Elektronenpaarbindung - Strukturformeln Nanomaterialien - Nanotechnologie - Neue Materialien Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler... 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). beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4). recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft 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 Verbindliche 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) Unter vorgegebenen Rechercheaufträgen können die Stand: 06/2015 Seite 26

27 - Anwendungen - Risiken stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4). (z.b. Kohlenstoff-Nanotubes in Verbundmaterialien zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit in Kunststoffen) - Aufbau - Herstellung - Verwendung - Risiken - Besonderheiten 2. Präsentation (Poster, Museumsgang) Die Präsentation ist nicht auf Materialien aus Kohlenstoff beschränkt. Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellungen entwickeln. (Niveaudifferenzierun g, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler erstellen Lernplakate in Gruppen, beim Museumsgang hält jeder / jede einen Kurzvortrag. Diagnose von Schülerkonzepten: Selbstevaluationsbogen zur Bindungslehre Leistungsbewertung: Präsentation zu Nanomaterialien in Gruppen Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Eine Gruppenarbeit zu Diamant, Graphit und Fullerene findet man auf den Internetseiten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich: 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 Stand: 06/2015 Seite 27

28 Grundkurs Qualifikationsphase Q 1 Unterrichtsvorhaben I Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten: starke und schwache Säuren - Konzentrationsbestimmungen von Säure in Lebensmitteln Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator-Akzeptor Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzipien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern (UF1) 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: selbstständig in unterschiedlichen Kontexten chemische Probleme identifizieren, analysieren und in Form chemi-scher Fragestellungen präzisieren (E1) Wahrnehmung und Messung 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) Daten/Messwerte qualitativ und quantitativ im Hinblick auf Zusammenhänge, Regeln oder auch mathematisch zu formulierende Gesetzmäßigkeiten analysieren und Ergebnisse verallgemeinern (E5) Kompetenzbereich Kommunikation: bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden (K1). zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen (K2) Kompetenzbereich Bewertung: fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwissenschaftlich-technischen Sachverhalten unterscheiden und angeben (B1) Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: - Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen - Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: ca. 28 Std. à 45 Minuten Stand: 06/2015 Seite 28