Nach uns die Sintflut?

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1 Nach uns die Sintflut? Interdisziplinäre Untersuchungen zum Thema Wasser Modul: Analytik Jahrgangsstufe 9 Autor: SEITE 1

2 Abstract Das experimentelle Arbeiten in den Vordergrund stellen. Mit einem Portfolio als Schulaufgabenersatz wird der Fokus auf gutes Protokollieren und kreatives Experimentieren gerichtet. Die Schülerinnen und Schüler erfahren Wasser auf stofflicher Ebene und lernen Wasser als Lösungsmittel kennen. Analysiert werden Wasserproben, die selbst gesammelt wurden! Neben den klassischen qualitativen Nachweisreaktionen arbeiten die Schülerinnen und Schüler mit kostengünstigen Wasseranalysekoffern. So können quantitative Daten gewonnen werden. Mit diesen Ergebnissen sind Aussagen über die Gewässerqualität möglich. Somit wird auch die Zusammenarbeit mit anderen Jahrgangsstufen möglich. Phänomene wie die Abhängigkeit der Waschwirkung von der Wasserqualität werden für die Schüler transparent und erklärbar. SEITE 2

3 Ziel der Lerneinheit Die Lerneinheit behandelt folgende Fragestellung: Wie können gelöste Stoffe im Wasser nachgewiesen werden? Folgende Lerninhalte sollen vermittelt werden Mineralwasser, Teichwasser, Leitungswasser und Abwasser - worin besteht der Unterschied? Die Schülerinnen und Schüler sollen Gewässerproben aus ihrer Region sammeln und im Unterricht untersuchen, um sich der Bedeutung von gelösten Stoffen im Wasser bewusst zu werden. Sie lernen dabei Wasser als Lösungsmittel kennen, in dem Mineralsalze als Ionen hydratisiert werden können. Unterschiedliche Nachweismethoden ermöglichen es den Schülern, die Gewässer quantitativ und qualitativ zu analysieren. Ein besonderer Fokus soll auf die ganzheitliche Betrachtung des Themas gelegt werden. Bei der Probenentnahme soll der Zustand der Gewässer dokumentiert werden, um die im Labor ermittelten Messergebnisse im Kontext zu bringen. Wertschätzung und Erkundung von regionalen Gewässern Eigenschaften des Wassers verstehen auf Stoff- und Teilchenebene Wasser als Lösungsmittel Fällungsreaktionen als qualitativer Nachweis von Ionen im Wasser Flammenfärbung als qualitativer Nachweis von Kationen im Wasser Qualitative und quantitative Untersuchung von Gewässern aus der Region Einfluss der gelösten Stoffe auf die Tier- und Pflanzenwelt SEITE 3

4 Milestone Matching Die Schülerinnen und Schüler sind nach Absolvieren der Unterrichtseinheit Chemische Gewässeranalyse Experten für die untersuchten Gewässerproben. Sie kennen die Zusammensetzung von Trinkwasser und können anhand der gelösten Stoffe Aussagen über die Qualität des Wassers treffen. Zusammenarbeit mit der Jahrgangsstufe 10 Geographie In Geographie wird die Knappheit der Ressource Wasser problematisiert. Durch Verschmutzung der vorhandenen Wasservorräte wird diese Problematik noch verschärft. Die Experten können hier die Geografen mit dem Fachwissen über die im Wasser gelösten Stoffe aufklären und darstellen, dass nicht jede scheinbar saubere Wasserquelle genießbares Trinkwasser liefert. SEITE 4

5 Zusammenarbeit mit der Jahrgangsstufe 8 Chemie Die in der Jahrgangsstufe 8 erstellte Wasseraufbereitungsanlage kann mit Hilfe der Experten aus der Jahrgangsstufe 9 überprüft werden. Eine Gewässeranalyse vor und nach der Wasseraufbereitung bescheinigt die Funktionalität der erstellten Apparatur. Zusammenarbeit mit der Jahrgangsstufe 10 Chemie Es empfiehlt sich, für die Waschversuche im entsprechenden Modul der Jahrgangsstufe 10, dieselben Gewässerproben zu verwenden. Dadurch können mit den Schülern der Jahrgangsstufe 9 mögliche Unterschiede im Waschergebnis der Versuche in der Jahrgangsstufe 10 diskutiert werden. Unterrichtseinheiten Unterrichtseinheit Lernziel Lehrplanbezug Material Exkursion zur Wertschätzung und Datei: Video Gewässerprobenentnahme Erkundung regionaler Gewässer Wasser- alltäglich und doch außergewöhnlich Wasser auf der Stoff- und Teilchenebene kennen lernen. CNTG 9.3 M1; M2 Wasser als Lösungsmittel Hydratation; Energieumsatz; Löslichkeitsprodukt CNTG M3; SEITE 5

6 Unterrichtseinheit Lernziel Lehrplanbezug Material Quantitativer und qualitativer Nachweis von Ionen in Lösung Fällungsreaktionen; Ionennachweise und das Verständnis, dass in Wasser gelöste Stoffe Einfluss auf CNTG M4 Datei: Gewässeranalyse Geschmack und Qualität des Wassers haben. Flammenfärbung als quantitativer Nachweis von Kationennachweise CNTG 9.1 M4 Kationen im Wasser Hintergrundinformationen Die Schülerinnen und Schüler lernen destilliertes Wasser als molekular gebauten Reinstoff kennen. Salze, die im Wasser gelöst sind, haben Einfluss auf die Wasserqualität. Die gelösten Ionen sollen nachgewiesen werden. Ihr Einfluss auf Menschen und Umwelt ist Gegenstand der Schülerrecherche. Anregungen für den Unterricht Material: Zur Untersuchung sollte die Lehrkraft 3 Wasserproben mit bekannter Zusammensetzung wählen. Dies können Quellen oder auch selbst zusammengestellte Lösungen sein z. B. eine aufgelöste Brausetablette. Werden Lebensmittellösungen oder Trinkwasserquellen ausgewählt, können die Schüler durch Probieren die Unterschiede mit eigenen Sinnen erfahren. Für die quantitative Analyse eignen sich Wasseranalysekoffer. Nur mit quantitativen Werten wird die Wasserqualität diskutierbar. SEITE 6

7 Organisation: Für die Durchführung der Unterrichtssequenz bietet sich die Profilstunde mit geteilten Klassen an. Zur Leistungsmessung wurde ein Portfolio als Schulaufgabenersatz eingeführt, in dem die Exkursionen und Versuche des 1. Schulhalbjahres dokumentiert wurden. Aus pädagogischen Gründen ist es empfehlenswert, das Portfolio vor dem finalen Abgabetermin einzusammeln, um den Schülern adäquate Verbesserungsvorschläge geben zu können. Folgendes Korrekturschema wurde für die Bewertung verwendet: SEITE 7

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9 Unterrichtseinheiten M1 Wasser alltäglich und doch außergewöhnlich! M1.1 Erstellen einer Mindmap zum Thema Wasser Material: Schulbuch (z. B. Chemie heute 9 Bayern, Schroedel Verlag) Ziel: Die Schüler erhalten einen Überblick über die Stoffeigenschaften von Wasser (Quelle: Schülerportfolio Laura Lagh) SEITE 9

10 M1.2 Versuch zur Oberflächenspannung von Wasser Material: Glas, Münzen, Wasser Arbeitsauftrag: Ein Glas wird randvoll mit Wasser gefüllt. Im Anschluss werden so viele Münzen in das Glas gegeben, bis es überläuft. Ziel: Am Beispiel der Oberflächenspannung wird die Versuchsdokumentation mit Versuchsbeschreibung, Beobachtung und Auswertung eingeübt. (Quelle: Unterricht) 1.3 Moleküldarstellung in 3D Material: Programm Chemsketch, Geometriedreieck Arbeitsauftrag: Mithilfe des Computers werden 3D-Modelle von Molekülen nach dem Elektronenpaarabstoßungsmodell erstellt. Die Schüler sollen mithilfe eines Geometriedreiecks versuchen, die Bindungswinkel zu messen und die Werte mit Literaturdaten vergleichen. Ziel: Die Schüler bekommen einen Eindruck von der räumlichen Darstellung eines Moleküls. (Quelle: Schülerportfolio Frederike Spielvogel) SEITE 10

11 1.4 Wasser als Dipol Material: Mikrowelle, Öl, Wasser, Thermometer Arbeitsauftrag: Wasser und Öl werden 15 Sekunden in der Mikrowelle erhitzt und die Temperatur gemessen. Ziel: Die Schüler sollen die Temperaturdifferenz anhand des Funktionsprinzips eines Mikrowellenofens erklären. (Quelle: Schülerportfolio) SEITE 11

12 M2 Wasser in seine molekularen Bestandteile zerlegen 2.1 Elektrolyse von Wasser mittels eines Hoffmannschen Zersetzungsapparats Material: Hoffmanscher Zersetzungsapparat (Microscale) Arbeitsauftrag: Analysereaktion von Wasser und Nachweis der molekularen Reaktionsprodukte Ziel: Schüler sollen erkennen, dass das Wasser ein Reinstoff ist, der durch eine Analyse in die Elemente zersetzt werden kann. Mit Glimmspan- und Knallgasprobe werden diese im Anschluss nachgewiesen. (Quelle: Schülerportfolio) SEITE 12

13 M3 Wasser als Lösungsmittel 3.1 Hydratation von Natriumchlorid Material: Natriumchlorid, Reagenzgläser, Thermometer Arbeitsauftrag: Wie viel Gramm Natriumchlorid lösen sich in 10 ml dest. Wasser? Ziel: Schüler sollen erkennen, dass sich Salze bis zum Überschreiten des Löslichkeitsproduktes von Wasser hydratisiert werden. (Quelle: Schülerportfolio) SEITE 13

14 3.2 Energieumsatz beim Lösen von Salzen Material: Calciumchlorid, Kaliumnitrat, Reagenzgläser, Thermometer, Wärmebildkamera (optional) Arbeitsauftrag: Ermittle die Temperaturänderung beim Lösungsvorgang von 2 g Calciumchlorid/Kaliumnitrat in 10 ml dest. Wasser Ziel: Schüler sollen erkennen, dass der Lösungsvorgang endotherm oder exotherm sein kann. Lösen von Kaliumnitrat (Wärmebildkamera) Lösen von Calciumchlorid (Wärmebildkamera) SEITE 14

15 M4 Gewässeranalyse 4.1 Anionennachweis: qualitativ und quantitativ Material: Wasseranalysekoffer, Leitfähigkeitsmesser, Bariumchlorid-Lösung; Silbernitrat-Lösung, Reagenzgläser, Wasserproben; Arbeitsanleitungen für die einzelnen Stationen (Datei: Gewässeranalyse) Arbeitsauftrag: Die Schüler sollen die vorgegebenen Gewässerproben analysieren und mit Trinkwasser vergleichen. Ziel: Die Schüler sollen die vorgegebenen Gewässerproben analysieren und mit den gegebenen Mitteln herausfinden, ob es sich um trinkbares Wasser handelt oder nicht. Mögliche Stationen: I. Nitrat-Ionen und Phosphat-Ionen (quantitativ) (Quelle: Schülerportfolio Frederike Spielvogel) SEITE 15

16 II. Chlorid-Ionen (qualitativ) (Quelle: Schülerportfolio Frederike Spielvogel) III. Leitfähigkeitsmessung (Quelle: Schülerportfolio Frederike Spielvogel) SEITE 16

17 4.2 Kationennachweise Material: Sprühlösungen von Salzen, Bunsenbrenner, Spektroskop Arbeitsauftrag: Ermittle anhand der charakteristischen Flammenfärbung die Kationen der Salzlösungen. Ziel: Die Schüler sollen die Flammenfärbung als qualitativen Nachweis von Kationen im Wasser anwenden können. (Flammenfärbung einer Kaliumchlorid-Lösung) SEITE 17