Schulinterner Lehrplan des Städtischen Gymnasiums Olpe zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe. Chemie

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1 Schulinterner Lehrplan des Städtischen Gymnasiums Olpe zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Chemie

2 Inhalt 1 Die Fachgruppe Chemie am SGO 3 2 Entscheidungen zum Unterricht 2.1 Unterrichtsvorhaben Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben III Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben IV Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben I Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben II Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben III Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben IV Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben V Grundkurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben Grundkurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben I Grundkurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben II Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben I Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben II Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben III Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben IV Leistungskurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben V Leistungskurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben Leistungskurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben I Leistungskurs Qualifikationsphase Q2 Unterrichtsvorhaben II 2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden Fragen

3 1 Die Fachgruppe Chemie am SGO Das Städtische Gymnasium Olpe ist ein Gymnasium mit ca Schülerinnen und Schülern (Stand 2017) und befindet sich relativ zentral in der Stadt Olpe, einer Stadt mit Einwohnern (Stand 06/2016). Trotzdem überwiegt eine ländliche Prägung, viele Schülerinnen und Schüler kommen aus den umliegenden Dörfern und Gemeinden. Eine chemische Industrie von nennenswertem Ausmaß gibt es nicht, Betriebe, welche in ihrer Produktion der chemischen Industrie wesensverwandt sind, sind durch die genannten ländlichen Strukturen und die hier vorherrschenden Busverbindungen nicht gut zu erreichen. Im Rahmen der Studien- und Berufswahlorientierung besteht ein differenziertes Beratungsangebot. Hierzu zählen ein Pflichtpraktikum von 2 Wochen in der Jahrgangsstufe EF sowie regelmäßige Informationsveranstaltungen. Die Lehrerbesetzung der Schule ermöglicht in der Regel einen ordnungsgemäßen Fachunterricht in der Sekundarstufe I, das Unterrichten des Faches NW im Jahrgang 5 sowie Wahlpflichtkurse mit naturwissenschaftlichem Schwerpunk in den Jahrgängen 8 und 9. In der Sekundarstufe I wird in den Jahrgangsstufen 7, 8 und 9 Chemie im Umfang der vorgesehenen 2 Wochenstunden laut Stundentafel erteilt. In der Oberstufe sind durchschnittlich ca. 140 Schülerinnen und Schüler pro Stufe. Das Fach Chemie ist in der Regel in der Einführungsphase mit 2-3 Grundkursen, in der Qualifikationsphase je Jahrgangsstufe mit 1-2 Grundkursen und mit 1 Leistungskurs vertreten. In der Schule sind die Unterrichtseinheiten in der Sekundarstufe I als Doppelstunden à 90 Minuten (soweit der Stundenplan dies zulässt, sonst 2 Einzelstunden à 45 Minuten) organisiert, in der Oberstufe gibt es in der Regel im Grundkurs 1 Doppel- und 1 Einzelstunde, im Leistungskurs 2 Doppelstunden und 1 Einzelstunde wöchentlich. Dem Fach Chemie stehen 3 Fachräume zur Verfügung, von denen in 2 Räumen auch in Schülerübungen experimentell gearbeitet werden kann. Die Ausstattung der Chemiesammlung mit Geräten und Materialien für Demonstrations- und für Schülerexperimente ist ausreichend, die vom Schulträger darüber hinaus bereitgestellten Mittel reichen für das Erforderliche aus. 3

4 Das Fach Chemie fügt sich analog dem Schulprogramm (siehe dort) in das Leitbild des Städtischen Gymnasiums Olpe und das Schulleben ein. Ziel des Faches Chemie ist es, in angemessener und nicht ideologisch gefärbter Methodik Schülerinnen und Schüler für Naturwissenschaften im Allgemeinen und das Fach Chemie im Besonderen zu begeistern, Anwahlzahlen in der Oberstufe zu stärken und Schülerinnen und Schüler letztendlich zu einem naturwissenschaftlichen oder ingenieurwissenschaftlichen Studiengang zu führen. Momentaner Fachvorsitzender ist Herr Büdenbender, momentaner Stellvertreter ist Herr Dr. Born. 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 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 4

5 90 Unterrichtsstunden, für den Grundkurs in der Q1 ebenfalls 90 und in der Q2 60 Stunden und für den Leistungskurs in der Q1 150 und für Q2 90 Unterrichtsstunden zugrunde gelegt.) Während der Fachkonferenzbeschluss zum Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenübertritten und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausweisung konkretisierter Unterrichtsvorhaben (Kapitel 2.1.2) empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolleginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninternen Absprachen zu 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. Ergänzend und erläuternd hierzu verweist die Fachgruppe auf den Paragraphen 70, Abschnitt 4 des Schulgesetzes: Die Fachkonferenz entscheidet in ihrem Fach insbesondere über 1. Grundsätze zur fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit. Hierzu steht in den Kommentaren 1 : Die im Einzelnen mit Mehrheitsbeschluss nach Maßgabe des 63 getroffenen Beschlüsse dürfen die pädagogische Verantwortung der einzelnen Lehrkraft nicht unzumutbar einschränken. sowie Der rechtlich geschützte Bereich [der pädagogischen Freiheit der Lehrer, A.v.A.] beginnt dort, wo Fachkonferenzen konkrete Einzelfallentscheidungen treffen wollen, die den Unterricht der einzelnen Lehrkraft zum Gegenstand haben. Die Fachkonferenzen können lediglich 1 Jehkul et al., Gesamtkommentar zum Schulgesetz NRW, 11. EG, Stand

6 Grundsätze der pädagogischen Arbeit festlegen. Die Entscheidung im Einzelfall bleibt der Lehrkraft vorbehalten. 6

7 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K 2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 40 Std. à 45 min Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane 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 Zeitbedarf: ca. 40 Std. à 45 min Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Nanochemie des Kohlenstoffs Zeitbedarf: ca. 4 Std. à 45min Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Gleichgewichtsreaktionen bei technischen Prozessen E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: technische Syntheseprozesse Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 min Summe Einführungsphase: 96 Stunden 7

8 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Strom und chemische Reaktion Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Batterie, Akkumulator und Brennstoffzelle im Vergleich UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Korrosion Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten Unterrichtvorhaben III Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten, Konzentrationsbestimmungen UF 2 Auswahl E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien Inhaltsfeld: Sauren, Basen und analytische Verfahren Inhaltlicher Schwerpunkt: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen durch Titration UF2 Auswahl E5 Auswertung E7 Vernetzung K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 17 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Starke und schwache Säuren und Basen UF3 Systematisierung E6 Modelle K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen durch Titration Zeitbedarf: ca. 17 Stunden à 45 Minuten 8 Zeitbedarf: ca. 18 Stunden à 45 Minuten

9 Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Vom Grundstoff zum Anwendungsprodukt 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. 16 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 86 Stunden 9

10 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Polymere Kunst- und Naturstoffe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Die Welt ist bunt 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 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. 32 Stunden à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 32 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 64 Stunden 10

11 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Strom und chemische Reaktion Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Batterie, Akkumulator und Brennstoffzelle im Vergleich UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten Unterrichtvorhaben III Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten, Konzentrationsbestimmungen UF 2 Auswahl E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien Inhaltsfeld: Sauren, Basen und analytische Verfahren Inhaltlicher Schwerpunkt: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen durch Titration UF2 Auswahl E5 Auswertung E7 Vernetzung K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Starke und schwache Säuren und Basen UF3 Systematisierung E6 Modelle K4 Argumentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen durch Titration Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten 11

12 Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Vom Grundstoff zum Anwendungsprodukt UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 28 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS: 126 Stunden 12

13 Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Polymere Kunst- und Naturstoffe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Die Welt ist bunt 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 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. 47 Stunden à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 47 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 94 Stunden 13

14 2.1.2 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Donator - Akzeptor Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: Zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen 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). unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4). Kompetenzbereich Kommunikation: In vorgegebenen Zusammenhängen selbständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten (K2). 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 (B1). Für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen (B2). Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: ca. 40 Std. à 45 Minuten

15 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben I Konkretisierung Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen Zeitbedarf: 40 Std. à 45 Minuten UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Systematisierung: Einteilung organischer Verbindungen in Stoffklassen Alkane, Alkene und Alkanole als Lösungsmittel - Löslichkeit Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler... nutzen bekannte Atom- und Bindungsmodelle zur Beschreibung organischer Moleküle und Kohlenstoffmodifikationen (E6). Benennen ausgewählte organische Verbindungen mithilfe der Regeln der systematischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3). Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Donator - Akzeptor Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Test: Überprüfung, Festigung und Wiederholung des Vorwissens S-Exp.: - Löslichkeit von Alkoholen und Alkanen in verschiedenen Lösemitteln Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Begriffe, die aus der S I bekannt sein müssten: funktionelle Gruppen, Hydroxylgruppe, intermolekulare Ww., Redoxreaktion, Elektronendonator /-akzeptor, Elektronegativität, Säure, saure Lösung, Grundlagen der organischen Chemie (Alkane, Alkene, Alkine) Der Einstieg dient zur Angleichung der Kenntnisse zur Bindungslehre, ggf. muss 15

16 - Funktionelle Gruppe - Intermolekulare Wechselwirkung en: van-der- Waals-Ww. Und Wasserstoffbrück en - Homologe Reihe und physikalische Eigenschaften - Nomenklatur nach IUPAC - Verhältnis-, Summen-, Strukturformel - Verwendung ausgewählter Alkohole Alkane, Alkanole und Carbonsäuren - Oxidationsprodukte der Alkanole - Oxidation von Propanol - Unterscheidung primärer, sekundärer und tertiärer Alkohole durch ihre Oxidierbarkeit ordnen organische Verbindungen aufgrund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3). erklären an Verbindungen aus den Stoffklassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2). beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (UF1, UF3). erläutern ausgewählte Eigenschaften mit Wechselwirkungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, vander-waals-kräfte) (UF1, UF3). führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3). beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3) Arbeitsblatt: - Einüben der Nomenklaturregeln - Erstellen und Auswerten von Diagrammen von Siedetemperaturen der Alkane bzw. Alkanole - Erkennen des Zusammenhangs zwischen Siedetemperaturen, Molekülstrukturen und intermolekularen Wechselwirkungen Arbeiten mit den (unterschiedlichen) Molekülbaukästen S-Exp.: - Oxidation von Propanol, z. B. mit Kupferoxid - Oxidationsfähigkeit von primären, sekundären und tertiären Alkoholen wiederholt werden. Hier sind Hinweise auf selbständiges Arbeiten der SuS durch das Material der Schülerbibliothek (z. B. Lehrwerke der S I) möglich Wiederholung: Kriterien für Versuchsprotokolle Wdh.: Säuren und saure Lösungen Fächerübergreifender Aspekt Biologie: Grundlagen der organischen Stoffchemie (z. B. funktionelle Gruppen) als Ausgangspunkt für biochemische Betrachtungen (Fette, Kohlenhydrate, Eiweiße, 16

17 - Gerüst- und Positionsisomeri e - Molekülmodelle - Homologe Reihe der Alkane, Alkanole und Carbonsäuren - Nomenklatur der Stoffklassen und funktionellen Gruppen - Eigenschaften und Verwendungen wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3). beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüstisomerie und Positionsisomerie) am Beispiel der Alkane und Alkohole (Uf1, UF3). Innere Atmung, Fotosynthese) in der EF. Anthropozentrischer Alkohol - Ethanol als 1. Zwischenprodukt der Oxidation von Ethanol - Nachweis der Alkanale - Biologische Wirkung von Ethanol - Berechnung des Blutalkohols - Aufstellen von Redoxschemata unter Verwendung von Oxidationszahlen erklären die Oxidationsreihe der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2). Beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor- Prinzips (E2, E6) dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufs) (K1). S- Exp.: - Fehling-Probe Recherche und Präsentation (mögliche Themen:) - Unterschiedliche Verfahren zur Herstellung von Alkohol - Biologische Wirkung auf den Menschen - Ethanol aus Ausgangschemikalie für organische Synthesen - Ethanol (Alkohole) als Lösungsmittel, z. B. bei Medikamenten - Alkohol als Droge - medizinische und gesellschaftliche Folgen 17

18 - Regeln zum Aufstellen von Redoxschemata und der Verwendung von Oxidationszahlen recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen die Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). 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). Gewinnung von Essig - Oxidation von Ethanol zu Essigsäure - Aufstellen des Redoxschemas unter Verwendung von Oxidationszahlen - Regeln zum Aufstellen von Redoxschemata - (technische) Herstellung von Essig erklären die Oxidationsreihe der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2). beschreiben Beobachtungen von Experimenten zu Oxidationsreihen der Alkohole und interpretieren diese unter dem Aspekt des Donator-Akzeptor- Prinzips (E2, E6). führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3). S-Exp.: - Titration von Essig(säure) Wdh.: - Säure-Base-Titration 18

19 Stoffklasse der Ester - Funktionelle Gruppe - Stoffeigenschafte n - Struktur- Eigenschaftsbezi ehung Synthese von Aromastoffen - Estersynthese - Vergleich der Löslichkeiten der Edukte (Alkohol, Carbonsäure) und Produkte (Ester, Wasser) - Veresterung als unvollständige Reaktion Künstliche Aromastoffe - Beurteilung der Verwendung von Aromastoffen, z. B. von künstlichen (Erdbeer-) Aromen beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde Ketone, Carbonsäuren und Ester (UF2) ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1). führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). stellen anhand von Strukturformeln Vermutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Experimente zur Überprüfung vor (E3). analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Werbung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachverhalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4) zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, S-Exp.: - Synthese von Aromastoffen (Fruchtestern) Arbeiten mit den Molekülbaukästen S.-Exp.: - Synthese von Fruchtestern als Aromastoffe Möglichkeiten der Recherche und Präsentation Fächerübergreifender Aspekt Biologie: Peptidbindung 19

20 Wein Gaschromatographie zum Nachweis der Aromastoffe - Aufbau und Funktion eines Gaschromatogra phen - Identifikation von Stoffen (z. B. Fruchtester/Best andteile des Weins) durch Auswertung von Chromatogramm en gewichten diese du beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2). erläutern die Grundlage der Entstehung eines Gaschromatogramms und entnehmen diesem Informationen zur Identifizierung eines Stoffes (E5). Nutzen angeleitet und selbständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2). Exp.: Arbeiten mit einem Gaschromatographen Diagnose von Schülerkonzepten: Eingangsdiagnose, Versuchsprotokolle Leistungsbewertung: Protokolle, schriftliche Übungen, Klausuren, Präsentation Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Material zur Wirkung von Alkohol auf den menschlichen Körper (Zugriff April 2014), nur auszugsweise: Künstliche Aromastoffe (Zugriff April 2014): virtueller Gaschromatograph 20

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22 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft 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. 4 Std. à 45 Minuten 22

23 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben II Konkretisierung Kontext: Nicht nur Graphit und Diamant Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Nanochemie des Kohlenstoffs UF4 Vernetzung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation Zeitbedarf: 4 Std. à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Graphit, Diamant und Fulleren - Modifikation - Elektronenpaarbindung - Strukturformeln 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). Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Lehrmittel/ Materialien/ Methoden 1. Wiederholung Atombau, Bindungslehre, Kohlenstoffatom, Periodensystem 2. Recherche Graphit, Diamant und Fullerene (zusammen mit Recherche zu Nanomaterialien) 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) 23

24 Nanomaterialien - Nanotechnologie - Neue Materialien - Anwendungen - Risiken recherchieren angeleitet und unter vorgegebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnisse adressatengerecht (K2, K3). stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4). 1. ergänzende 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 2. Präsentation Die Präsentation ist nicht auf Materialien aus Kohlenstoff beschränkt. Unter vorgegebenen Rechercheaufträge n können die Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellungen entwickeln. (Niveaudifferenzieru ng, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler präsentieren ihre Ergebnisse. Diagnose von Schülerkonzepten: Wiederholung zur Bindungslehre Leistungsbewertung: Präsentation zu Nanomaterialien in Gruppen, Test, Klausur 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

25 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben III Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung der Ozeane Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht 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. 40 Std. à 45 Minuten 25

26 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben III Konkretisierung Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima Die Bedeutung für die Ozeane Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Stoffkreislauf in der Natur Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: 40 Std. à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Kohlenstoffdioxid - Eigenschaften - Treibhauseffekt - Anthropogene Emissionen - Reaktionsgleichu ngen - Umgang mit Größengleichung en Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler... unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treibhauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1). E1 Probleme und Fragestellungen E4 Untersuchungen und Experimente K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Information Eigenschaften / Treibhauseffekt z.b. Internet Berechnungen zur Bildung von CO 2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane) - Aufstellen von Reaktionsgleichungen - Berechnung des gebildeten CO 2 s - Vergleich mit rechtlichen Vorgaben - weltweite CO 2 -Emissionen möglich hierzu: Arbeitsblatt Octan Verbindliche Absprachen Didaktischmethodische Anmerkungen Der Einstieg dient zur Anknüpfung an die Vorkenntnisse aus der SI und anderen Fächern Wiederholung: Stoffmenge n, Masse m und molare Masse M Löslichkeit von CO 2 in Wasser - qualitativ führen qualitative Versuche unter vorgegebener Fragestellung durch und protokollieren die Beobachtungen (u.a. zur Information Aufnahme von CO 2 u.a. durch die Ozeane Schülerexperiment: Löslichkeit von CO 2 in Wasser (qualitativ) Wiederholung der Stoffmengenkonzentr ation c 26

27 - Bildung einer sauren Lösung - quantitativ - Unvollständigkeit der Reaktion - Umkehrbarkeit Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). dokumentieren Experimente in angemessener Fachsprache (u.a. zur Untersuchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislaufes) (K1). nutzen angeleitet und selbstständig chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2). Fakultativ: qualitative und quantitative Elementaranalyse Aufstellen von Reaktionsgleichungen Recherche: Löslichkeit von CO 2 (quantitativ): - Löslichkeit von CO 2 in g/l - Berechnung der zu erwartenden Oxoniumionen -Konzentration - Nutzung einer Tabelle zum erwarteten ph- Wert - Vergleich mit dem tatsächlichen ph-wert Ergebnis: Unvollständigkeit der ablaufenden Reaktion S-Exp.: Löslichkeit von CO 2 bei Zugabe von Salzsäure bzw. Natronlauge, Mineralwasser + Universalindikator Zur Wdh. Aus der SI: Besprechen einer Tabelle zum Zusammenhang von ph-wert und Oxoniumionenkonzen tration Chemisches Gleichgewicht - Definition - Beschreibung auf Teilchenebene - Modellvorstellung en erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1). Ergebnis: Umkehrbarkeit / Reversibilität der Reaktion Erarbeitung: Chemisches Gleichgewicht als allgemeines Prinzip vieler chemischer Reaktionen, Definition evtl. Film zum chemischen Gleichgewicht Modellexperiment: z.b. Stechheber-Versuch, MWG Ozean und Gleichgewichte - Aufnahme CO 2 - Einfluss der Bedingungen der beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6). formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3). Vergleichende Betrachtung: Chemisches Gleichgewicht auf der Teilchenebene, im Modell und in der Realität Wiederholung: CO 2 - Aufnahme in den Meeren 27

28 Ozeane auf die Löslichkeit von CO 2 - Prinzip von Le Chatelier, MWG - Kreisläufe erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3). formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleichgewichten (E1). Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Löslichkeit von CO 2 ggf. Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten (Verallgemeinerung) S.-Exp.: Eisen(III)-chlorid und Kaliumthiocyanat Erarbeitung: Wo verbleibt das CO 2 im Ozean? Fakultativ: Mögliche Ergänzungen (auch zur individuellen Förderung): - Tropfsteinhöhlen - Kalkkreislauf - Korallen - Wasserhärte - Ionenaustauscher Klimawandel - Informationen in den Medien - Möglichkeiten zur Lösung des CO 2 - Problems veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf grafisch oder durch Symbole (K3). recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturieren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4). beschreiben die Vorläufigkeit der Aussagen von Prognosen zum Klimawandel (E7). Recherche und Präsentation - aktuelle Entwicklungen - Versauerung der Meere - Einfluss auf den Golfstrom/Nordatlantikstrom - Prognosen - Vorschläge zu Reduzierung von Emissionen - Verwendung von CO 2 beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz prognostizierter Folgen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3). zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidausstoßes und der Speicherung des Kohlenstoffdioxids auf 28

29 und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethische Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4). 29

30 Diagnose von Schülerkonzepten: Lerndiagnose: Stoffmenge und Molare Masse Leistungsbewertung: Protokolle, schriftliche Übungen, Klausuren (für SuS mit gewählter Schriftlichkeit). Präsentation Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Ausführliche Hintergrundinformationen und experimentelle Vorschläge zur Aufnahme von CO 2 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: weitere Informationsseiten:

31 Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Gleichgewichtsreaktionen bei technischen Prozessen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu Fragestellungen angeben (E1). 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: Technische Prozesse (Haber-Bosch, Schwefelsäure) Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten 31

32 Einführungsphase Unterrichtsvorhaben IV Konkretisierung Kontext: Gleichgewichtsreaktionen bei technischen Prozessen Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte: Technische Prozesse (Haber-Bosch, Schwefelsäureherstellung) Gleichgewichtsreaktionen E1 Probleme und Fragestellungen K4 Argumentation B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Zeitbedarf: 12 Std. à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Verbindliche Absprachen Didaktischmethodische Anmerkungen Die SuS sollen über einen kritischen Umgang mit chemischem Wissen sensibilisiert werden. Haber-Bosch- Verfahren - Eigenschaften von Stickstoff und Wasserstoff - Reaktionsgleichu ng - Reaktionsbeding ungen - Historische und gesellschaftliche Bedeutung Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler... erkennen Stickstoff als ein reaktionsträges Gas und formulieren Hypothesen zur möglichen Reaktion mit Wasserstoff (E1). tauschen sich kritisch-konstruktiv über die gemachten Thesen aus (K4). erkennen die Diskrepanz zwischen der potentiellen Kriegswichtigkeit von Ammoniak und dessen mögliche Nutzung aus Ausgangsstoff zur Düngerherstellung im besonderen Kontext der Entdeckung der technischen Ammoniaksynthese am Vorabend des 1. Weltkriegs. (B3, B4) Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Information Foliensatz Recherche und Präsentation Schwefelsäureherstell ung erkennen die Bedeutung von Schwefelsäure für chemische Synthesen Information Foliensatz Arbeitsblätter 32

33 - Herstellung von SO 2 - katalytische Oxidation zu SO 3 - Reaktion von SO 3 zu Schwefelsäure - Bedeutung von Schwefelsäure als Ausgangschemik alie für viele chemische Synthesen im Speziellen und die Volkswirtschaft im Allgemeinen (B3, B4) erläutern am Beispiel des SO 2 /SO 3 - Gleichgewichts die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperaturänderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volumenänderung) (UF3) Diagnose von Schülerkonzepten: Präsentation Leistungsbewertung: Präsentation, schriftliche Übungen, Klausuren Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Haber-Bosch-Verfahren: Schwefelsäureherstellung:

34 2.1.3 Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben I Kontext: Strom und chemische Reaktionen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren (UF3). Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen (UF4). Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden (E2). Experimente in Bezug auf ihre Zielsetzung erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien einschließlich der Sicherheitsvorschriften durchführen oder deren Durchführung beschreiben (E4). Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen (E6). Kompetenzbereich Kommunikation: bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden (K1). Kompetenzbereich Bewertung: Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Standpunkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten (B2). Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten

35 Grundkurs Qualifikationsphase Q1 Unterrichtsvorhaben I Konkretisierung Kontext: Strom und chemische Reaktionen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Korrosion Zeitbedarf: ca. 18 Stunden à 45 Minuten Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Elektronenaustausch, was war das noch einmal? Woher kommt der Strom, etwa aus der Zitrone bzw. Kartoffel? Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a. Daniell-Element) (UF1, UF3) UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E6 Modelle K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Schülerversuch: Zitronenbatterie Schülerversuch: Daniell-Element Wiederholung des Stoffes aus der EF mit besonderem Augenmerk auf den Begriffen Reduktion, Oxidation, Redoxreaktion, Oxidationszahl unterschiedliche galvanische Elemente beschreiben den Aufbau einer Standard- Wasserstoff-Halbzelle (UF1). Schülerversuch: Volta-Element mathematische Erfassung von galvanischen Elementen, Rechnen mit berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und einfache Anwendung der Nernst-Gleichung 35

36 Standardpotentialen, gerne auch einfache Anwendung der Nernst-Gleichung schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2). dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1) Warum reagiert dies und nicht jenes? Spannungsreihe erweitern die Vorstellung von Redoxreaktionen, indem sie Oxidationen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator- Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7). entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metallatomen und Metallionen (E3). planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5). Schülerversuch: Eisennagel in Kupfer(II)-sulfat-Lösung, Kupferstab in Eisen(II)- sulfatlösung Redoxtitration, z. B. Permanganometrie, Oxalsäure Redoxtitration ist nicht verpflichtend. erläutern die Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6). stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktion und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3).

37 Stoffgewinnung elektrischen Strom durch Elektrolysen von unterschiedlichen wässrigen Elektrolytlösungen Mathematische der Elektrolyse Erfassung Elektrolysen im technischen Bereich Faraday beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3) deuten die Vorgänge bei einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen eines galvanischen Elements (UF4). erläutern die bei der Elektrolyse notwendige Zersetzungsspannung unter Berücksichtigung des Phänomens der Überspannung (UF2). erläutern und berechnen mit den Faraday-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2). analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3). Schülerversuch: Elektrolyse von ZnBr 2 oder ZnI 2 Schülerversuch: Elektrolyse einer wässrigen Na 2 SO 4 -Lösung Demonstrationsexperiment: Wasserzersetzung Technische Elektrolysen: (Möglichkeit von Vorträgen/Referaten) Alkalichlorelektrolysen (Diaphragmaverfahren, Membranverfahren, Amalgamverfahren), Elektrolytische Raffination Elektrolytische Gewinnung von Aluminium Bei der Umsetzung der Faraday-Gesetzmäßigkeiten bietet sich entweder eine theoretische Betrachtung (mit den entsprechenden mathematischen Übungen) oder das Herangehen über das Erkennen der proportionalen Beziehungen und der anschließenden Ausformulierung des Gesetzes an. Ist es weg? Stoffvernichtung elektrochemische Prozesse durch Korrosion und Schutz vor Korrosionsprozessen erläutern elektrochemische Korrosionsprozesse (UF1, UF3). diskutieren die Folgen von Korrosionsprozessen unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten (B2). Schülerversuch: Lokalelement Schülerversuch: Rosten von Eisen Versuch: metallische Überzüge bei Eisen als Korrosionsschutz Hier bietet sich, sollte es noch aktuell sein, die Problematik der gesperrten Autobahnbrücken an. 37

38 Diagnose von Schülerkonzepten: Überprüfung zum Umgang mit Begriffen und Größen zur Energie und Elektrizitätslehre Leistungsbewertung: Schriftliche Übungen, Auswertung von Experimenten, Diskussionsbeiträge Klausuren/ Facharbeit Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: galvanische Zellen: technische Elektrolysen Korrosion