Chemie. Bildungsziele

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1 Kantonsschule Ausserschwyz Chemie Bildungsziele Der Chemieunterricht soll zusammen mit den andern Naturwissenschaften die Freude an den wahrnehmbaren Naturphänomenen erwecken, die Einsicht in sie bieten und damit den Respekt vor der Schöpfung fördern. Der Chemieunterricht vermittelt mit Hilfe von Experimenten und Modellen die grundlegenden Kenntnisse über die Beschaffenheit, die Eigenschaften und die Umwandlungen der Stoffe in der belebten und unbelebten Natur. Dabei wird besonderes Gewicht darauf gelegt, die beobachtbaren Erscheinungen und Abläufe auf der Ebene von molekularen und atomaren Teilchenvorstellungen zu deuten und zu formulieren. Der Chemieunterricht fördert das Bewusstsein für einen verantwortungsvollen Umgang mit den natürlichen Ressourcen. Er fördert zudem das kritische Hinterfragen von Aussagen in den Medien über Natur und Naturwissenschaften. Der Chemieunterricht zeigt auf, in welcher Weise menschliche Tätigkeit in stoffliche Kreisläufe und Gleichgewichte der Natur eingebunden ist und in sie eingreift. Er macht bewusst, welche Bedeutung die Anwendung chemischer Kenntnisse und Verfahren für die Menschheit hat, z.b. bei der Gewinnung und Verarbeitung von Nahrungsmitteln, mineralischen und organischen Rohstoffen, bei der Herstellung von Arzneimitteln, Werkstoffen, Farbstoffen, Papier und Textilien. Methodik, Denk- und Arbeitsweise entsprechen sich in allen naturwissenschaftlichen Disziplinen. Von zentraler Bedeutung in den Naturwissenschaften sind die Bildung von Hypo-thesen, das Konzipieren und praktische Durchführen von Experimenten, das Beschreiben von Ergebnissen in einer klaren, exakten Sprache, die Mathematisierung von Ergebnissen sowie das Entwickeln und Relativieren von Modellen. Richtziele Grundkenntnisse erhalten im Chemieunterricht die grundlegenden Kenntnisse über die Beschaffenheit, die Eigenschaften und die Umwandlungen der Stoffe in der belebten und unbelebten Natur. Grundfertigkeiten bilden als zentrale Bedeutung in den Naturwissenschaften Hypothesen, konzipieren Experimente und führen sie praktisch durch. beschreiben Ergebnisse in einer klaren, exakten Sprache, die Mathematisierung von Ergebnissen sowie das Entwickeln und Relativieren von Modellen. Kantonsschule Ausserschwyz Lehrplan FMS und FMP 49

2 Grundhaltungen erkennen, dass der Chemieunterricht das Bewusstsein für einen verantwortungsvollen Umgang mit den natürlichen Ressourcen fördert. erkennen, dass der Chemieunterricht das kritische Hinterfragen von Aussagen in den Medien über Natur und Naturwissenschaften fördert. 50 Lehrplan FMS und FMP Kantonsschule Ausserschwyz

3 1. Klasse 2 Lektionen Lernziele erarbeiten ein grundlegendes Verständnis für die stofflichen Eigenschaften und deren Veränderungen und können chemische und physikalische Vorgänge voneinander unterscheiden. kennen die Definitionen der wichtigsten homogenen und heterogenen Gemische. können die wichtigsten physikalischen und chemischen Fraktioniermethoden erklären. können den Unterschied zwischen Mischung und Verbindung auf der Ebene der kleinsten Teilchen erklären. können erklären, warum Modellvorstellungen in der Chemie eine zentrale Bedeutung haben. können mit dem Coulomb-Gesetz elektrostatische Wechselwirkungen voraussagen. können den Zusammenhang zwischen der atomaren Masseneinheit "u", der Avogadrokonstante "N A" und dem Mol erklären und Berechnungen durchführen. kennen die wichtigsten Elementarteilchen und den Aufbau der Atome. können Protonen-, Neutronen-, Elektronenzahlen und die Atommassen ermitteln. können die Begriffe Ordnungszahl und Nukleonen erklären. können Atome mit dem Bohrschen Atommodell (= Schalenmodell) darstellen. können anhand der Ionisierungsenergien den Aufbau der Atomhülle (= Elektronenverteilung) erklären. können Kugelwolkenmodelle von Atomen zeichnen können und deren Lewisformeln herleiten. können Kugelwolkenmodelle von Molekülen zeichnen können und deren Lewisformeln herleiten. können mit dem Elektronenpaar-Abstossungsmodell die Keilformel und die Bindungswinkel und Molekülgeometrien beschreiben. können alle zwischenmolekularen Kräfte (= ZMK) kennen und ihre Entstehung erklären. können die Elektronegativität erklären und kennen ihren Anwendungsbereich (auch EN). können erklären, ob ein Molekül ein Dipolmolekül ist oder kein Dipolmolekül ist. kennen Symbole und Formeln für Elemente bzw. Verbindungen, welche häufig vorkommen. stellen auch einfachere Reaktionen in der Formelsprache dar und erklären ihre Bedeutung. Lernthemen und -bereiche Stoffe: Merkmale chemischer Reaktionen Stoffumwandlung und Energieumsatz (experimentell und nur beschreibend, ohne Formelsprache) Stoffe: Gemisch, Reinstoff, Verbindung, Element Teilchenmodell, Aggregatzustände, Trennverfahren Atome und Bindungen: Atommodelle Modellbegriff, Coulomb-Gesetz, Elementarteilchen, Kern-Hülle-Modell, Strukturiertes Modell der Elektronenhülle, Nukleonen- und Ordnungszahl, Isotope, Atommasse, Avogadrozahl (= N A) und Mol-Begriff (ohne Reaktionsgleichungen), Kantonsschule Ausserschwyz Lehrplan FMS und FMP 51

4 Verhältnisformel LEWIS-Symbolik, Periodensystem Chemische Bindung und Stoffklassen: Einführung kovalente Bindung und molekular aufgebaute Stoffe Lewis-Formeln und räumliche Gestalt von Molekülen Avogadro-Satz und Gastheorie ( Physik) Elektronegativität, polare Bindung, Dipolmoleküle, zwischenmolekulare Kräfte Polarität von Elektronenpaarbindungen und Dipolcharakter von Molekülen beurteilen Van der Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte und Wasserstoffbrücken zwischen Molekülen erkennen und ihre Stärke vergleichen Siedetemperaturen von Stoffen als Folge der Kräfte zwischen den Teilchen interpretieren ( Physik) Löslichkeit bzw. Mischbarkeit verschiedener Stoffe beurteilen ( Physik) Die Bedeutung der Wasserstoffbrücken am Beispiel von Wasser und von biologisch wichtigen Molekülen illustrieren. ( Biologie) Schlüsselkompetenzen Die Vielfalt der Stoffe durch ihren Aufbau erklären können. Wozu braucht man die physikalischen bzw. die chemischen Fraktioniermethoden? Anwendungen aus dem Alltag angeben können Chemische/physikalische Phänomene mit der entsprechenden Modellvorstellung erklären können (z.b.: Teilchenmodell, Kern-Hülle-Modell, Schalenmodell, usw.) Den Zusammenhang zwischen der Atomhülle und dem Aufbau des Periodensystems erklären können. Eigenschaften und Reaktivitäten der Elemente aufgrund ihrer Stellung im PS abschätzen und voraussagen können. Den Schmelz- und Siedepunkt molekularer Stoffe aufgrund der zwischenmolekularen Kräfte (= ZMK) abschätzen können. Die Mischbarkeit von molekularen Substanzen aufgrund der ZMK abschätzen können. Objektives Beobachten und Beschreiben von experimentellen Phänomenen aufzeigen Interdisziplinarität (Themenauswahl) Biologie Mathematik Physik Wasser, Trinkwasser, Diffusion Rechnen mit Zahlen in der Zehnerpotenzschreibweise Atommodelle, Elektrolyse, Elektrostatik Projekte Fossile Energieträger und Rohstoffe Luft und Atmosphäre Wasser Exkursionen zu öffentlichen Institutionen wie auch interne Simulationen, Studienwochen und Workshops ermöglichen den Schülerinnen und Schülern einen nahen Praxisbezug 52 Lehrplan FMS und FMP Kantonsschule Ausserschwyz

5 2. Klasse 1 Lektion Lernziele können offenkettige, unverzweigte und verzweigte und cyclische Alkane bzw. Halogenalkane nach IUPAC-Regeln benennen. können Skelettformeln (= Strichformeln) von Molekülen und die Konstitutionsisomere zu einer gegebenen Summenformel zeichnen. kennen die die Strukturformeln, Skelettformeln, der organischen Stoffklassen und ihre funktionellen Gruppen. können Entstehung von Kationen und Anionen erklären. können Salzformeln aufgrund der Salznamen herleiten (gilt für binäre Salze, die aus ein kernigen Ionen bestehen). können Schmelzpunkte von Salzen aufgrund der Ionenladung und der Ionenradien beurteilen. können erklären, warum Salze unter bestimmten Bedingungeneine elektrische Leitfähigkeit aufweisen. können die genauen Abläufe auf der Teilchenebene und der energetischen Ebene bei der Entstehung von Salzen aus den Elementen (Born-Haber-Kreisprozess) beschreiben. können den Lösungsprozess eines Salzes auf der Teilchenebene erklären. können Formeln von kristallwasserhaltigen Salzen deuten. können die Leitfähigkeit und Duktilität der Metalle erklären. kennen einige wichtige Legierungen und ihre Verwendung im Alltag. Lernthemen und -bereiche Einführung in die Organische Chemie Vielfalt der Kohlenwasserstoffverbindungen, IUPAC-Nomenklatur für Alkane, Strukturisomerie (Konstitutionsisomerie) Funktionelle Gruppen und durch sie charakterisierte Stoffklassen (ohne Reaktionen) Ionenbindung und Ionenverbindungen ( Salze ) Aufbau und Eigenschaften von Salzen und ihre Bedeutung in Natur und Technik Energetischer Verlauf der Bildung von Salzen aus den Elementen Bedeutende mehratomige Ionen ( Molekülionen oder Komplexionen ) und ihre Verbindungen Kristallwasserhaltige und wasserfreie Salze und ihre Verwendung Metallische Bindung und Metalle Aufbau und Eigenschaften von Metallen Reine Metalle und Legierungen Kantonsschule Ausserschwyz Lehrplan FMS und FMP 53

6 Schlüsselkompetenzen Die Besonderheiten der Kohlenstoffverbindungen kennen Sicherheit im Umgang mit der Skelettformel (= symbolische, sehr abgekürzte Schreibweise) erlangen, d.h. Skelettformeln von Summenformeln und Lewisformeln ableiten können oder von Skelettformeln die Summenformeln und Lewisformeln herleiten können Die drei Stoffklassen "flüchtige Stoffe (= molekular gebaute Stoffe)", "schwerflüchtige Stoffe (= salzartige Stoffe) und die Metalle voneinander unterscheiden können und aufgrund einer Substanzformel der jeweiligen Stoffklasse zuordnen können Zu Stoffbeispielen aus dem Alltag die Eigenschaften wie, Siede- und Schmelzpunkt, Leitfähigkeit, Löslichkeit, Härte usw. qualitativ voraussagen können Interdisziplinarität (Themenauswahl) Biologie Geografie Wasser, Trinkwasser, Fette, Kohlenhydrate, Proteine Fossile Energieträger und Rohstoffe, Luft Projekte Fossile Energieträger und Rohstoffe Luft und Atmosphäre Wasser Exkursionen zu öffentlichen Institutionen wie auch interne Simulationen, Studienwochen und Workshops ermöglichen den Schülerinnen und Schülern einen nahen Praxisbezug 54 Lehrplan FMS und FMP Kantonsschule Ausserschwyz

7 3. Klasse 2 Lektionen Lernziele können Reaktionsgleichungen von Fällungsreaktionen aufstellen. können beurteilen, welche Kombination von Ionen zu Fällungen führen. können Reaktionsgleichungen aufstellen und stöchiometrische Berechnungen durchführen. kennen die wichtigsten Eigenschaften eines Katalysators. können die Begriffe "Aktivierungsenergie, Reaktionsenthalpie, Überganszustand, exotherm und endotherm und Reaktionsgeschwindigkeit" erklären. können von Gleichgewichtsreaktionen mit dem Massenwirkungsgesetz die Gleichgewichtskonstante herleiten und die Gleichgewichtslage beurteilen. wissen, wie man aufgrund des Prinzips von Le Châtelier Gleichtgewichtsreaktionen beeinflusst. können Definitionen zu Säuren und Basen nach Brønsted angeben. kennen die Definition des ph-wertes und können den ph-wert für starke Säuren und Basen berechnen. können Säure-Base-Gleichgewichte mit der Säurestärketabelle (= pk S und pk B) beurteilen und dazu korrekte Reaktionsgleichungen aufstellen. können Definitionen rund um den Begriff Oxidation angeben. können Oxidationszahlen herleiten, sowohl für echte einkernige Ionen als auch für hypothetische Ionen. können Redoxgleichungen aufstellen. können Redoxgleichgewichte mit der Redoxtabelle beurteilen. Lernthemen und -bereiche Lösungs- und Fällungsreaktionen Vorgänge beim Lösen und Kristallisieren von Stoffen auf der Teilchenebene Löslichkeit von Stoffen an ausgewählten Beispielen erläutern Reaktionen: Reaktionsverlauf Reaktionsgleichung, Stöchiometrie, Stoffmengenkonzentration Qualitative Betrachtung von Reaktionsenergie, Reaktionsgeschwindigkeit, Aktivierungsenergie, Katalysator, Energieumsätze Dynamisches Gleichgewicht, Massenwirkungsgesetz, Gleichgewichtskonstante Enthalpie, Entropie, Gibbs-Helmholtz-Beziehung Prinzip von Le Châtelier Reaktionstypen: Säure-Base-Reaktionen Säuren und Basen nach Brønsted definieren Säure-Base-Reihe qualitativ (K S bzw. pk S, K S bzw. pk S) ph-wert Kantonsschule Ausserschwyz Lehrplan FMS und FMP 55

8 Reduktions- und Oxidationsreaktionen ( RedOx ) Reduktion, Oxidation, Reduktionsmittel, Oxidationsmittel Oxidationszahl Redox-Reihe qualitativ Galvanische Zelle, Batterien, Akkumulatoren, Elektrolyse Schlüsselkompetenzen Reaktionsgleichungen von verschiedensten Reaktionstypen aufstellen und stöchiometrische Berechnungen durchführen können Gleichgewichtslagen beurteilen können und voraussagen können, ob Reaktionen spontan oder nicht spontan ablaufen (Beeinflussungsmöglichkeiten nach Le Châtelier?) Gleichgewichtslagen bei Säure-Base-Reaktionen und RedOx-Reaktionen und mittels pk S- bzw. RedOx-Tabelle beurteilen können und voraussagen können, ob Reaktionen spontan oder nicht spontan ablaufen (Analogie zwischen Säure-Base- und RedOx-Kapitel erkennen) Alltägliche chemische Phänomene als solche erkennen und prinzipiell erklären können, z.b. der natürliche und technische Kalkkreislauf (= Säure-Base-Kapitel) oder Korrosionsvorgänge von Metallen Interdisziplinarität (Themenauswahl) Biologie Mathematik Physik Wasser, Trinkwasser Mengenberechnungen, Stöchiometrie Thermodynamik, Elektrolyse, Elektrostatik Projekte Fossile Energieträger und Rohstoffe Luft und Atmosphäre Wasser Exkursionen zu öffentlichen Institutionen wie auch interne Simulationen, Studienwochen und Workshops ermöglichen den Schülerinnen und Schülern einen nahen Praxisbezug. 56 Lehrplan FMS und FMP Kantonsschule Ausserschwyz

9 Fachmaturität Pädagogik (4. Klasse - 1 Semester) 2 Lektionen Lernziele erlangen vertiefte Einblicke in die Nomenklatur und können ungesättigte Kohlenwasserstoffe nach der IUPAC-Nomenklatur benennen. können einige grundlegende Reaktionsmechanismen der Organischen Chemie, wie z.b. die Substitution, Addition, Elimination und Polymerisation, beschreiben und alltägliche Beispiele wie die Kunststoffherstellung erklären. können die physikalischen Eigenschaften (Siede - und Schmelzpunkte; Mischbarkeit) organischer Stoffe qualitativ abschätzen. erkennen die Umwandlung von Alkohol in Aldehyde, Ketone und Carbonsäuren als ReOx- Reaktionen. können den chemischen Aufbau der Kohlenhydrate, Mono-, Di- und Polysaccharide, Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester, Fette, Fettsäuren, Seife, Tenside darstellen. kennen den Aufbau der Aminosäuren und das Verknüpfungsmuster zu den Peptiden und Proteinen und deren chemische Eigenschaften (Peptidbindung und Säure-Base-Verhalten der Aminosäurenseitenketten). kennen den Aufbau der Nukleinsäuren und das Verknüpfungsmuster zu den Nukleotiden und der DNA und deren chemische Eigenschaften (Genetischer Code, Stabilisierung durch Wasserstoffbrücken, PCR-Reaktion). Lernthemen und -bereiche Organische Chemie (Vertiefung) und Biochemie: Alkene, Alkine, Organische Sauerstoffverbindungen Vielfalt der Kohlenwasserstoffverbindungen, cis-trans-isomerie (Stereoisomerie) IUPAC-Nomenklatur für Alkene, Alkine und organische Sauerstoffverbindungen Funktionelle Gruppen und durch sie charakterisierte Stoffklassen (mit dazugehörenden Reaktionen) Reaktionstypen Substitution, Addition, Elimination Polymerisation, Polyaddition, Polykondensation Kunststoffe Spektroskopische Methoden (IR - UV - VIS Spektren) Naturstoffe und Derivate Kohlenhydrate, Mono-, Di- und Polysaccharide ( Biologie) Alkohole, Aldehyde, Ketone, Carbonsäuren, Ester ( Biologie) Fette, Fettsäuren ( Biologie), Seife, Tenside Proteine, Aminosäuren, Peptide ( Biologie) Nukleinsäuren, Vitamine, u.a. ( Biologie Kantonsschule Ausserschwyz Lehrplan FMS und FMP 57

10 Schlüsselkompetenzen Einblicke in die organische Chemie vertiefen: Nomenklatur der ungesättigten Kohlen anwenden können Den Unterschied zwischen Reaktionsgleichung und Reaktionsmechanismus erklären können Reaktivitäten von organischen Molekülen beurteilen können Den inneren chemischen Aufbau der Proteine und DNA beschreiben können Die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Grundbausteine der Proteine und der DNA abschätzen und deren Stabilität aufgrund verschiedener elektrostatischer Wechselwirkungen beurteilen können Allgemeine Kompetenzen: Alltägliche chemische Phänomene als solche erkennen und prinzipiell erklären können Kenntnisse in einen Zusammenhang bringen und mit anderen Wissenschaften vernetzen Feld- und Laborarbeiten ausführen, welche naturwissenschaftliche Methoden beinhalten Selbständig - einzeln oder im Team - längerfristige Projekte planen, diese durchführen und sie auswerten (unter Einbezug moderner Hilfsmittel) Selbständig mit Fachtexten arbeiten (auch in den Schulfremdsprachen) Eigene Arbeiten dokumentieren und präsentieren Interdisziplinarität (Themenauswahl) Biologie Mathematik/Informatik Physik Ursprung des Lebens, Genetik, Hormone, Fotosynthese Kenntnisse zum Einsatz von Software zur Auswertung und Darstellung von experimentellen Daten erwerben Optik, Wellenlehre, Verhalten chemischer Reaktionssysteme unter Anwendung mathematischer und physikalischer Methoden analysieren und interpretieren Projekte Fossile Energieträger und Rohstoffe Luft und Atmosphäre Wasser Exkursionen zu öffentlichen Institutionen wie auch interne Simulationen, Studienwochen und Workshops ermöglichen den Schülerinnen und Schülern einen nahen Praxisbezug 58 Lehrplan FMS und FMP Kantonsschule Ausserschwyz