Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Einhard-Gymnasium. 1 Die Fachgruppe Chemie des Einhard-Gymnasiums

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1 Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe Einhard-Gymnasium Chemie 1 Die Fachgruppe Chemie des Einhard-Gymnasiums Das Einhard-Gymnasium Aachen legt als MINT-EC Schule einen besonderen Schwerpunkt auf die Ausbildung in den Naturwissenschaften. Die Fachschaft Chemie legt Wert auf praktischen und schülernahen Unterricht. Das Experiment nimmt eine zentrale Stellung im Unterricht ein. Der Unterricht ist so gestaltet, dass er intensiv auf die Ansprüche eines naturwissenschaftlichen Studiums vorbereitet. Im Rahmen des Unterrichts erwerben Schülerinnen und Schüler Kompetenzen Veränderungen der Umwelt auf chemischer Ebene zu beschreiben, Möglichkeiten der Beeinflussung zu benennen, Prozesse zur Gewinnung neuer Werkstoffe zu erläutern, Eigenschaften wichtiger industrieller Edukte und Produkte zu erkennen... Das Einhard-Gymnasium hat zwei Chemieräume, einen Experimentiersaal und einen Hörsaal, zusätzlich stehen den Lehrkräften zwei Sammlungsräume, inklusive Vorbereitung zur Verfügung. In der Einführungsphase wird Chemie dreistündig unterrichtet, in der Qualifikationsphase werden Grundkurse dreistündig und Leistungskurse fünfstündig unterrichtet. Leistungskurse im Fach Chemie werden regelmäßig eingerichtet.

2 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation K2 Recherche K3 Präsentation B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: w Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen w Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: ca. 30 Std. à 45 Minuten Unterrichtvorhaben II Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle E7 Vernetzung K1 Dokumentation K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: w Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten Stand: Q/Seite 2

3 Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Korrosion vernichtet Werte UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E6 Modelle B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: w Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle UF2 Auswahl E6 Modelle E7 Vernetzung K1 Dokumentation K4 Argumentation B1 Kriterien B3 Werte und Normen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: w Mobile Energiequellen w Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Von der Grundchemikalie zum Anwendungsprodukt UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E 1 Probleme und Fragestellungen E 3 Hypothesen E 4 Untersuchungen und Experimente K3 Präsentation B3 Werte und Normen Stand: Q/Seite 3

4 B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: w Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 14 Stunden à 45 Minuten +10 Stunden à 45 Minuten in der Q2 Summe Qualifikationsphase (Q1) GRUNDKURS: 86 Stunden Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe nicht nur für Autos Unterrichtsvorhaben VII: Kontext: Farbstoffe im Alltag UF2 Auswahl UF4 Vernetzung E 1 Probleme und Fragestellungen E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: w Organische Verbindungen und Reaktionswege w Organische Werkstoffe UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E5 Auswertung E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: w Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 24 Stunden à 45 Minuten Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q2) GRUNDKURS: 54 Stunden Stand: Q/Seite 4

5 Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben I: Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: w Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen w Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen w Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: ca. 36 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben II: Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle K1 Dokumentation K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: w Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 42 Stunden à 45 Minuten Stand: Q/Seite 5

6 Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen UF3 Systematisierung E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt: w Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 10 Std. à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben IV: Kontext: Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung E6 Modelle K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfelder: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: w Mobile Energiequellen w Elektrochemische Gewinnung von Stoffen w Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Unterrichtsvorhaben V: Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten Kontext: Von der Grundchemikalie zum Anwendungsprodukt UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation Stand: Q/Seite 6

7 B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: w Organische Verbindungen und Reaktionswege w Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 28 Stunden à 45 Minuten Summe Qualifikationsphase (Q1) LEISTUNGSKURS: 126 Stunden Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: w Organische Verbindungen und Reaktionswege w Reaktionsabläufe w Organische Werkstoffe Unterrichtsvorhaben VII: Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen UF2 Auswahl E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: w Organische Verbindungen und Reaktionswege w Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten Stand: Q/Seite 7

8 Zeitbedarf: ca. 34 Stunden à 45 Minuten Unterrichtsvorhaben VIII: Kontext: Farbstoffe im Alltag UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E2 Wahrnehmung und Messung E5 Auswertung E6 Modelle K1 Dokumentation K3 Präsentation K4 Argumentation B1 Kriterien B2 Entscheidungen B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt: w Farbstoffe und Farbigkeit w Konzentrationsbestimmung durch Lichtabsorption Zeitbedarf: ca. 30 Stunden à 45 Minuten. Summe Qualifikationsphase (Q2) LEISTUNGSKURS: 84 Stunden Stand: Q/Seite 8

9 2.1.2 konkretisierte Unterrichtsvorhaben Konkretisierte Kontexte für die Qualifikationsphase (Q1und Q2) Im Folgenden sind alle in den Richtlinien als verbindlich vorgeschriebenen Inhalte für Grund- und Leistungskurs dargestellt. Die Erweiterungen für den Leistungskurs sind besonders hervorgehoben. Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben I Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Merkmale von Säuren bzw. Basen Leitfähigkeit Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Autoprotolyse des Wassers ph-wert Stärke von Säuren und Basen Basiskonzept Donator-Akzeptor Säure-Base-Konzept von Brønsted Protonenübergänge bei Säure-Base-Reaktionen ph-metrische Titration Basiskonzept Energie Neutralisationswärme Stand: Q/Seite 9

10 Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstelle, zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, da-raus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form Kompetenzbereich Kommunikation: K1 Dokumentation Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren Kompetenzbereich Bewertung: B2 Entscheidungen für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitet Argumente abwägen Stand: Q/Seite 10

11 Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: w Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen w Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen w Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: GK: ca. 30 Std. / LK: ca. 36 Std. à 45 Minuten Kontext: Säuren und Basen in Alltagsprodukten Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte: Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Titrationsmethoden im Vergleich Zeitbedarf: GK: ca. 30 Std. / LK: ca. 36 Std. à 45 Minuten UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung E3 Hypothesen E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung K1 Dokumentation B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Merkmale von Säuren bzw. Basen Leitfähigkeit Autoprotolyse des Wassers ph-wert Stärke von Säuren und Basen Säure-Base-Konzept von Brønsted Protonenübergänge bei Säure-Base-Reaktionen ph-metrische Titration Neutralisationswärme Stand: Q/Seite 11

12 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Historische Entwicklung des Säure-Base-Begriff zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7) Gruppenpuzzle: Historische Entwicklung des Säure-Base-Begriffs stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor-Prinzip (K1, K3) Säuren und Basen in Lebensmitteln (Titration mit Endpunktbestimmung, Leitfähigkeitstitration) identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und beschreiben diese mithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3) planen Experimente zur Bestimmung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1, E3) erläutern das Verfahren einer Säure-Base- Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5) bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure- Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5) Siehe Schulbuch Unterrichtsreihe: Untersuchung von essighaltigen Lebensmitteln Unterrichtsreihe: Untersuchung des Ionengehalts verschiedener Lebensmittel oder Gewässerproben Durchzuführende Schülerexperimente (oder ähnliche): Titrationen von Haushaltsessig oder Gurkenwasser gegen verschiedene Indikatoren Leitfähigkeitstitrationen von Balsamicoessig, Würzmittel Leitfähigkeitstitrationen von Mineralwässern oder Brausetabletten (Calcium-Ionengehalt) erklären die Reaktionswärme bei Neutralisationen mit der zugrundeliegenden Protolyse (E3, E6) Stand: Q/Seite 12

13 recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen enthalten sind, und diskutieren unterschiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht (K2, K4) nutzen chemiespezifische Tabellen und Nachschlagewerke zur Auswahl eines geeigneten Indikators für eine Titration mit Endpunktsbestimmung (K2). beurteilen den Einsatz, die Wirksamkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltagsprodukten (B1, B2) erklären das Phänomen der elektrischen Leitfähigkeit in wässrigen Lösungen mit dem Vorliegen frei beweglicher Ionen (E6) erläutern die unterschiedlichen Leitfähigkeiten von sauren und alkalischen Lösungen sowie von Salzlösungen gleicher Stoffmengenkonzentration (E6) beschreiben das Verfahren der Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Konzentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltagsprodukten oder der Umwelt und werten vorhandene Messdaten aus (E2, E4, E5) dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration und einer phmetrischen Titration mithilfe graphischer Darstellungen (K1) Stand: Q/Seite 13

14 bewerten die Qualität von Produkten und Umweltparametern auf der Grundlage von Analyseergebnissen zu Säure-Base- Reaktionen (B1) bewerten durch eigene Experimente gewonnene oder recherchierte Analyseergebnisse zu Säure-Base- Reaktionen auf der Grundlage von Kriterien der Produktqualität oder des Umweltschutzes (B4) beschreiben den Einfluss von Säuren und Basen auf die Umwelt an Beispielen und bewerten mögliche Folgen (B3) Starke Säuren, schwache Säuren (Säure-Base-Stärke, pks, pkb, ph-wert-berechnung, phmetrische Titration) dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration und einer phmetrischen Titration mithilfe graphischer Darstellungen (K1) interpretieren Protolysen als Gleichgewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des KS- Wertes (UF2, UF3) erläutern die Autoprotolyse und das Ionenprodukt des Wassers (UF1) Siehe Schulbuch Durchzuführende Schülerexperimente (oder ähnliche): ph-metrische Titrationen von starken und schwachen Säuren und Basen (auch mehrprotonige Säuren) mit starken und schwachen Säuren und Basen (zum Beispiel Limonade) berechnen ph-werte wässriger Lösungen starker Säuren und starker Basen (Hydroxide) (UF2) klassifizieren Säuren und Basen mithilfe von KS-, KB- und pks-, pkb-werten (UF3) Stand: Q/Seite 14

15 berechnen ph-werte wässriger Lösungen einprotoniger schwacher Säuren und entsprechender schwacher Basen mithilfe des Massenwirkungs-gesetzes (UF2) beschreiben eine ph-metrische Titration, interpretieren charakteristische Punkte der Titrationskurve (u.a. Äquivalenzpunkt, Halbäquivalenzpunkt) und erklären den Verlauf mithilfe des Protolysekonzepts (E5) machen Vorhersagen zu Säure-Base- Reaktionen anhand von KS-und KB-Werten und von pks- und pkb-werten (E3) vergleichen unterschiedliche Titrationsmethoden (u.a. Säure-Base- Titration mit einem Indikator, Leitfähigkeitstitration, ph-metrische Titration) hinsichtlich ihrer Aussagekraft für ausgewählte Fragestellungen (E1, E4) erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsgleichungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure bzw. einer schwachen und einer starken Base unter Einbeziehung des Gleichgewichtskonzepts (K3) beschreiben und erläutern Titrationskurven starker und schwacher Säuren (K3) Diagnose von Schülerkonzepten: Diagnosebögen Säure-Base, Spiele zu Säuren und Basen Leistungsbewertung: Mitwirkung bei der Versuchsplanung, sorgfältige Auswertung quantitativer Experimente, Anteil an Gruppenarbeit Klausur Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: siehe Schulbuch Stand: Q/Seite 15

16 Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben II Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Umkehrbarkeit von Redoxreaktionen Basiskonzept Donator-Akzeptor Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle Elektrolyse Galvanische Zellen Basiskonzept Energie Faraday-Gesetze elektrochemische Energieumwandlungen Standardelektrodenpotentiale Nernst-Gleichung Kenndaten von Batterien und Akkumulatoren Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu übergeordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unter-scheiden die Einordnung chemischer Sachverhalte und Er-kenntnisse in gegebene Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen Stand: Q/Seite 16

17 Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle selbstständig in unterschiedlichen Kontexten chemische Probleme identifizieren, analysieren und in Form chemischer Fragestellungen präzisieren komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen Kompetenzbereich Kommunikation: K1 Dokumentation K3 Präsentation bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren Kompetenzbereich Bewertung: B3 Werte und Normen an Beispielen von Konfliktsituationen mit chemischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Stand: Q/Seite 17

18 Zeitbedarf: GK: ca. 30 Std. / LK: ca. 42 Std. à 45 Minuten Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Zeitbedarf: GK: ca. 30 Std. / LK: ca. 42 Std. à 45 Minuten UF1 Wiedergabe UF2 Auswahl UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E2 Wahrnehmung und Messung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E6 Modelle K1 Dokumentation K3 Präsentation B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Umkehrbarkeit von Redoxreaktionen Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle Elektrolyse Galvanische Zellen Faraday-Gesetze elektrochemische Energieumwandlungen Standardelektrodenpotentiale Nernst-Gleichung Kenndaten von Batterien und Akkumulatoren Stand: Q/Seite 18

19 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Einfache und komplexe Redoxreaktionen 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 Metallen und Metallionen und Nichtmetallen und Nichtmetallionen (E3) Siehe Schulbuch Durchzuführende Schülerexperimente (oder ähnliche): Manganometrie oder Iodometrie (Redoxtitrationen zum Beispiel Verschmutzung von Gewässern oder Waschmittel) stellen Oxidation und Reduktion als Teilreaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktionen fachsprachlich korrekt (K3) Galvanische Zelle, Spannungsreihe, Konzentrationszellen, Nernst-Gleichung, Elektrolyse, Faraday- Gesetz erklären den Aufbau und die Funktionsweise einer galvanischen Zelle (u.a. Daniell- Element) (UF1, UF3) beschreiben den Aufbau einer Standard- Wasserstoff-Halbzelle (UF1) Durchzuführende Schülerexperimente (oder ähnliche): historisches Daniell-Element berechnen Potentialdifferenzen unter Nutzung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redoxreaktionen (UF2, UF3) Stand: Q/Seite 19

20 berechnen Potentiale und Potentialdifferenzen mithilfe der Nernst- Gleichung und ermitteln Ionenkonzentrationen von Metallen und Nichtmetallen (u.a. Wasserstoff und Sauerstoff) (UF2) beschreiben und erläutern Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3) deuten die Reaktionen 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) planen Experimente zum Aufbau galvanischer Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten daraus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5) planen Versuche zur quantitativen Bestimmung einer Metallionen-Konzentration mithilfe der Nernst-Gleichung (E4) erläutern die Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie und deren Stand: Q/Seite 20

21 Umkehrung (E6) analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen unter energetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5) entwickeln aus vorgegebenen Materialien galvanische Zellen und treffen Vorhersagen über die zu erwartende Spannung unter Standardbedingungen (E1, E3) werten Daten elektrochemischer Untersuchungen mithilfe der Nernst- Gleichung und der Faraday-Gesetze aus (E5) schließen aus experimentellen Daten auf elektrochemische Gesetzmäßigkeiten (u.a. Faraday-Gesetze) (E6) dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1) erläutern und beurteilen die elektrolytische Gewinnung eines Stoffes aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3) 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) Stand: Q/Seite 21

22 Batterien und Akkumulatoren erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegender Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung der Halb-zellen) (UF4) Siehe Schulbuch Durchzuführende Schülerexperimente (oder ähnliche): Untersuchung Zink-Kohle-Batterie, Nachbau Zink-Kohle-Batterie diskutieren die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der Gewinnung, Speicherung und Nutzung elektrischer Energie in der Chemie (B4) Diagnose von Schülerkonzepten: Übungsaufgaben zu Redoxprozessen, Diagnosebogen GDCH Leistungsbewertung: Mitwirkung bei der Versuchsplanung, sorgfältige Auswertung quantitativer Experimente, Anteil an Gruppenarbeit Klausur Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: siehe Schulbuch Stand: Q/Seite 22

23 Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben III Kontext: Entstehung von Korrosion und Schutzmaßnahmen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Elektrochemische Korrosion Korrosionsschutz Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF3 Systematisierung die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E6 Modelle Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen Kompetenzbereich Kommunikation: K2 Recherche in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten Stand: Q/Seite 23

24 Kompetenzbereich Bewertung: B2 Entscheidungen für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen kriteriengeleitete Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: GK: ca. 6 Std. / LK: ca. 10 Std. à 45 Minuten Inhaltsfeld: Elektrochemie Kontext: Strom für Taschenlampe und Mobiltelefon Inhaltliche Schwerpunkte: Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: GK: ca. 6 Std. / LK: ca. 10 Std. à 45 Minuten UF3 Systematisierung E6 Modelle K2 Recherche B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Elektrochemische Korrosion Korrosionsschutz Stand: Q/Seite 24

25 Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkung Korrosion und Korrosionsschutz erläutern elektrochemische Korrosionsvorgänge und Maßnahmen zum Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Überzug, Opferanode) (UF1, UF3) Siehe Schulbuch recherchieren Beispiele für elektrochemische Korrosion und Möglichkeiten des Korrosionsschutzes (K2, K3) diskutieren ökologische Aspekte und wirtschaftliche Schäden, die durch Korrosionsvorgänge entstehen können (B2) bewerten für konkrete Situationen ausgewählte Methoden des Korrosionsschutzes bezüglich ihres Aufwandes und Nutzens (B3, B2) GK: diskutieren Folgen von Korrosionsvorgängen unter ökologischen und ökonomischen Aspekten (B2) Diagnose von Schülerkonzepten: Übungsaufgaben zu Redoxprozessen, Diagnosebogen GDCH Leistungsbewertung: Mitwirkung bei der Versuchsplanung, sorgfältige Auswertung quantitativer Experimente, Anteil an Gruppenarbeit Klausur Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: siehe Schulbuch Stand: Q/Seite 25

26 Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben IV Kontext: GK: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle LK: Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF4 Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung selbstständig in unterschiedlichen Kontexten chemische Probleme identifizieren, analysieren und in Form chemischer Fragestellungen präzisieren Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form Stand: Q/Seite 26

27 Kompetenzbereich Kommunikation: K2 Recherche K4 in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten sich mit anderen über chemische Sachverhalte und Erkenntnisse kritisch-konstruktiv austauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen Kompetenzbereich Bewertung: B1 B4 fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwissenschaftlichtechnischen Sachverhalten unterscheiden und angeben begründet die Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesellschaftlichen Fragestellungen bewerten Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte: mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Zeitbedarf: GK: ca. 6 Std. / LK: ca. 10 Std. à 45 Minuten Stand: Q/Seite 27

28 Inhaltsfeld: Elektrochemie Kontext: Elektroautos Fortbewegung mithilfe elektrochemischer Prozesse Inhaltliche Schwerpunkte: Mobile Energiequellen Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Quantitative Aspekte elektrochemischer Prozesse Zeitbedarf: GK: ca. 6 Std. / LK: ca. 10 Std. à 45 Minuten UF4 Vernetzung E1 Probleme und Fragestellungen E5 Auswertung E6 Modelle K2 Recherche K4 Argumentation B1 Kriterien B4 Möglichkeiten und Grenzen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor, Basiskonzept Energie Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Von Batterien zu Brennstoffzellen erklären Aufbau und Funktion elektrochemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegenden Aspekte galvanischer Zellen (u.a. Zuordnung der Pole, elektrochemische Redoxreaktion, Trennung der Halbzellen) (UF4) Portfolioarbeit: Von Batterien zur Brennstoffzelle erläutern den Aufbau und die Funktionsweise einer Wasserstoff-Brennstoffzelle (UF1, UF3) recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren Stand: Q/Seite 28

29 mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge (K2, K3) argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über Vorzüge und Nachteile unterschiedlicher mobiler Energiequellen und wählen dazu gezielt Informationen aus (K4) diskutieren Möglichkeiten der elektrochemischen Energiespeicherung als Voraussetzung für die zukünftige Energieversorgung (B4) vergleichen und bewerten innovative und herkömmliche elektrochemische Energiequellen (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle, Alkaline- Zelle) (B1) Diagnose von Schülerkonzepten: Arbeit am Portfolio, Selbstkontrolle mit Lösungsbögen Leistungsbewertung: Begutachtung der Portfolios Klausur Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Interessant ist die Abbildung von einem Brennstoffzellen-Bus mit Beschriftung, die z.b. auf Null-Emissionen hinweist, z.b. Im Internet sind auch animierte Darstellungen zu den chemischen Reaktionen, in vereinfachter Form, in einer Brennstoffzelle zu finden, z.b. Die Chance der Energiespeicherung durch die Wasserstoffgewinnung mithilfe der Nutzung überschüssigen elektrischen Stroms aus Solar- und Windkraftanlagen wird dargestellt in Ein Vergleich der alkalischen Elektrolyse und der der Elektrolyse mir einer PEM-Zelle wird ausführlich beschrieben in Sehr ergiebige Quelle zu vielen Informationen über die Wasserstoffenergiewirtschaft, Brennstoffzellen und ihre Eigenschaften. Stand: Q/Seite 29

30 Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben V Kontext: Von der Grundchemikalie zum Anwendungsprodukt Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Stoffklassen und Reaktionstypen nucleophile Substitution zwischenmolekulare Wechselwirkungen Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Reaktionssteuerung und Produktausbeute Basiskonzept Donator-Akzeptor Reaktionsschritte Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzipien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E4 Untersuchungen und Experimente Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien einschließlich der Sicherheitsvorschriften durchführen oder deren Durchführung beschreiben Stand: Q/Seite 30

31 Kompetenzbereich Kommunikation: K2 Recherche K3 Präsentation zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publikationen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren Kompetenzbereich Bewertung: B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Standpunkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten an Beispielen von Konfliktsituationen mit chemischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: GK: ca. 24 Std. / LK: ca. 28 Std. à 45 Minuten Stand: Q/Seite 31

32 Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Kontext: Von der Grundchemikalie zum Anwendungsprodukt Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: GK: ca. 14 Std. / LK: ca. 28 Stunden à 45 Minuten UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung UF4 Vernetzung E4 Untersuchungen und Experimente K2 Recherche K3 Präsentation B2 Entscheidungen B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Stoffklassen und Reaktionstypen nucleophile Substitution zwischenmolekulare Wechselwirkungen Reaktionssteuerung und Produktausbeute Reaktionsschritte Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Reaktionswege der Organischen Chemie beschreiben den Aufbau der Moleküle (u.a. Strukturisomerie) und die charakteristischen Eigenschaften von Vertretern der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren und Ester und ihre chemischen Reaktionen (u.a. Veresterung, Oxidationsreihe der Alkohole) (UF1, UF3) Beispiele für Reaktionswege: Biologisch abbaubare Polymere oder Vom Erdöl zum Plexiglas erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stand: Q/Seite 32

33 Stoffeigenschaften vorher (UF1) erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit zwischenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF 3, UF4) klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Eliminierungen und Kondensationen (UF3) formulieren Reaktionsschritte einer elektrophilen Addition und einer nucleophilen Substitution und erläutern diese (UF1) verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4) erklären Reaktionsabläufe unter dem Gesichtspunkt der Produktausbeute und Reaktionsführung (UF4) erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4) vergleichen ausgewählte organische Verbindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3) GK: schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Stand: Q/Seite 33

34 Effekt) (E3) verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle den Verlauf ausgewählter chemischer Reaktionen in Teilschritten (K3) präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3) demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion maßgeschneiderter Moleküle (K3) erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3) beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4) bewerten die Grenzen chemischer Modellvorstellungen über die Struktur organischer Verbindungen und die Reaktionsschritte von Synthesen für die Vorhersage der Bildung von Reaktionsprodukten (B4) Diagnose von Schülerkonzepten: Diagnosebögen Organische Chemie, Präsentation, Gruppenarbeit Stand: Q/Seite 34

35 Leistungsbewertung: Klausur Präsentation Grundkurs/Leistungskurs: Unterrichtsvorhaben VI Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe - nicht nur für Autos Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Donator-Akzeptor Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzipien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und strukturieren Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E4 Untersuchungen und Experimente unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten Stand: Q/Seite 35

36 E5 Auswertung E6 Modelle E7 Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellierungen, Gedankenexperimenten und Simulationen bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen Kompetenzbereich Kommunikation: K3 Präsentation chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemessener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren Kompetenzbereich Bewertung: B3 Werte und Normen an Beispielen von Konfliktsituationen mit chemischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe Zeitbedarf: GK: ca. 24 Std. / LK: ca. 34 Std. à 45 Minuten Stand: Q/Seite 36

37 Inhaltsfeld 4: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Kontext: Maßgeschneiderte Kunststoffe nicht nur für Autos Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Organische Werkstoffe Zeitbedarf: GK: ca. 24 Std. / LK: 34 Std. à 45 Minuten UF1 Wiedergabe UF3 Systematisierung E4 Untersuchungen und Experimente E5 Auswertung E7 Arbeits- und Denkweisen K3 Präsentation B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur Eigenschaft Basiskonzept Donator-Akzeptor Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Die Vielfalt der Kunststoffe im Auto: Definition der Begriffe Kunststoff Makromolekül Polymer Monomer Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler. Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Demonstration von Kunststoffteilen eines Autos: Blinkerabdeckung Sicherheitsgurt Keilriemenrolle Sitzbezug Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Bsp. für Eigenschaften von Kunststoffen und deren Verwendung Stand: Q/Seite 37

38 Eigenschaften, Synthesereaktionen, Stoffklassen und Verarbeitung von Kunststoffen 1. Transparentes Plexiglas (PMMA): Reaktionsschritte der radikalischen Polymerisation Faserstruktur und Transparenz 2. Reißfeste Fasern aus PET: Aufbau von Polyestern Polykondensation (ohne Mechanismus) Faserstruktur und Reißfestigkeit Schmelzspinnverfahren 3. Hitzebeständige Kunststoffe für den Motorraum: Hitzebeständigkeit und Molekülstruktur der Duromere, Elastomere und Thermoplaste 4. Nylonfasern für Sitzbezüge Aufbau von Nylon Polyamide beschreiben und erläutern die Reaktionsschritte einer radikalischen Polymerisation (UF1, UF3) erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E3) beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle den Verlauf ausgewählter chemischer Reaktionen in Teilschritten (K3) Vergleichen ausgewählte organische Verbindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3) untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaften, planen dafür zielgerichtete Experimente (u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5) ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere, Duromere) (E5) erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Polyester, Polyamide, Polycarbonate) (UF1, UF3) Die folgenden Schüler Experimente werden als Lernzirkel durchgeführt: Herstellung einer PMMA Scheibe durch radikalische Polymerisation Herstellung einer Polyesterfaser mit einer Heißklebepistole Thermische Eigenschaften von Duromeren, Elastomeren und Thermoplasten evtl Nylonseiltrick Arbeitsblätter zur Zusammenfassung der Stoffklassen und Reaktionstypen. Stand: Q/Seite 38

39 Systematisierung der kennen gelernten Stoffklassen und Reaktionstypen. Kunststoff werden in Form gebracht: Kunststoffverarbeitung oder Geschichte der Kunststoffe Verfahren oder beispielhafte Kunststoffe, z.b.: Extrudieren Spritzgießen Extrusionsblasformen Fasern spinnen Maßgeschneiderte Kunststoffe z.b.: Cokondensate und "Blends" auf Basis von Polycarbonaten Plexiglas (PMMA) mit UV- Schutz Superabsorber Cyclodextrine Silikone erläutern die Eigenschaften von Polymeren aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären ihre praktische Verwendung (UF3, UF4) recherchieren zur Herstellung, Verwendung und Geschichte ausgewählter organischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3) stellen Erkenntnisse der Strukturchemie in ihrer Bedeutung für die Weiterentwicklung der Chemie (u.a. Aromaten, Makromoleküle) dar (E7) präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata (K3) demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion maßgeschneiderter Moleküle (K3) beschreiben und diskutieren aktuelle Entwicklungen im Bereich organischer Werkstoffe und Farbstoffe unter vorgegebenen und selbstständig gewählten Fragestellungen (K4) Mögliche Formen der Präsentationen durch die SuS: Referat, Posterpräsentation, Museumsgang oder WIKI Arbeitsteilige Gruppenarbeit ggf. mit Schüler-Experimenten zu ausgewählten maßgeschneiderten Kunststoffen, z.b.: Plexiglas mit UV-Schutz Superabsorber und ihre Wasseraufnahmefähigkeit Cyclodextrine als "Geruchskiller" Präsentation der Ergebnisse als WIKI oder als Poster (Museumsgang) Stand: Q/Seite 39

40 Kunststoffmüll ist wertvoll: Kunststoffverwertung Umweltverschmutzung durch Plastikmüll Verwertung von Kunststoffen: - energetisch - rohstofflich - stofflich diskutieren und bewerten Wege zur Herstellung ausgewählter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomischer und ökologischer Perspektive (B1, B2, B3) erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Herstellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3) beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4) Zum Beispiel arbeitsteilige Gruppenarbeit ggf. mit Schüler- Experimenten Umschmelzen von Polycarbonat (CD) oder PET (Flaschen) Herstellung von Stärkefolien Herstellung von kompostierbarem Verpackungsmaterial "Stärkopor" Ökobilanz von Kunststoffen Diagnose von Schülerkonzepten: Präsentationen, Protokolle Leistungsbewertung: Präsentationen (Referate, Poster) Klausur Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Die meisten Experimente finden sich in der Unterrichtsreihe "Kunststoffe im Auto": Informationen zur Weiterentwicklung von Polycarbonaten (Blends und Cokondensate) zur Verwendung in der Automobilindustrie und in Bildschirmen: Internetauftritt des Verbands der Kunststofferzeuger mit umfangreichem Material für Schulen. Neben Filmen und Animationen (z. zur Kunststoffverarbeitung) finden sich auch Unterrichtseinheiten zum Download: Experimentiervorschrift zur Herstellung einer UV-absorbierenden Acrylglasscheibe: Umfangreiche Umterrichtsreihe zum Thema Kunststoffe mit Materialien zum recyclingfähigen Belland-Material: Organik/Belland.pdf Film zum Kunststoffrecycling und Informationen zum grünen Punkt: Stand: Q/Seite 40

41 Leistungskurs Unterrichtsvorhaben VII Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Benzol, Phenol und das aromatische System elektrophile Erst- und Zweitsubstitution am Aromaten Vergleich von elektrophiler Addition und elektrophiler Substitution Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Reaktionssteuerung und Produktausbeute Die Schülerinnen und Schüler können: Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen: UF2 Auswahl zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden Stand: Q/Seite 41

42 Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung: E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben Modelle begründet auswählen und zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage chemischer Vorgänge verwenden, auch in einfacher formalisierter oder mathematischer Form an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit naturwissenschaftlicher Regeln, Gesetze und Theorien beschreiben Kompetenzbereich Bewertung: B4 Möglichkeiten und Grenzen Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungs-bezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 20 Std. à 45 Minuten Stand: Q/Seite 42

43 Inhaltsfeld: Organische Produkte Werkstoffe und Farbstoffe Kontext: Benzol als unverzichtbarer Ausgangsstoff bei Synthesen Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Reaktionsabläufe Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten UF2 Auswahl E3 Hypothesen E6 Modelle E7 Arbeits- und Denkweisen B4 Möglichkeiten und Grenzen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Benzol, Phenol und das aromatische System elektrophile Erst- und Zweitsubstitution am Aromaten Vergleich von elektrophiler Addition und elektrophiler Substitution Reaktionssteuerung und Produktausbeute Sequenzierung inhaltlicher Aspekte Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen Synthese aromatischer Verbindungen erläutern das Reaktionsverhalten von aromatischen Verbindungen (u.a. Benzol, Phenol) und erklären dies mit Reaktionsschritten der elektrophilen Erst- und Zweitsubstitution (UF1, UF2) Siehe Schulbuch Beispielhafte Unterrichtsreihe: Synthese von Sonnenschutzmitteln vergleichen ausgewählte organische Verbindungen und entwickeln Hypothesen zu deren Reaktionsverhalten aus den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt) (E3) analysieren und vergleichen die Reaktionsschritte unterschiedlicher Reaktionstypen (u.a. elektrophile Addition und Stand: Q/Seite 43

44 elektrophile Substitution) (E6) Diagnose von Schülerkonzepten: selbständige Gruppenarbeit mit Lösungsbögen Leistungsbewertung: Klausur machen eine Voraussage über den Ort der elektrophilen Zweitsubstitution am Aromaten und begründen diese mit dem Einfluss des Erstsubstituenten (E3, E6) beschreiben die Struktur und Bindungsverhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfe mesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstellung (E6, E7) bewerten die Grenzen chemischer Modellvorstellungen über die Struktur organischer Verbindungen und die Reaktionsschritte von Synthesen für die Vorhersage der Bildung von Reaktionsprodukten (B4) Stand: Q/Seite 44