1 Verbrennung und Sauerstoff

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1 1 Verbrennung und Sauerstoff 1.1 Feuer und Flamme 1.2 Ein Feuer entsteht 1.3 Lagerfeuer Unterrichtsidee Unterrichtsphase Methoden und Materialien Leitfrage Erarbeitung Sicherung Hausaufgabe Unterrichtsziele Wie entsteht ein Feuer? oder Welche Bedingungen müssen für ein Feuer erfüllt sein? Das Bild eines eben entzündeten Lagerfeuers wird projiziert. In einem Unterrichtsgespräch wird gemeinsam mit den Schülerinnen und Schülern eine Mindmap zum Thema Feuer erstellt (vgl. Schülerbuch, S. 77; [B7]). Dadurch wird das Vorwissen der Schülerinnen und Schüler erfasst. Die Schülerinnen und Schüler übertragen die Mindmap in ihr Heft. Um die Bedingungen für eine Verbrennung zu erarbeiten, führen die Schülerinnen und Schüler [V1] im Schülerbuch S. 78 durch. Als Hilfsmittel kann dafür das angegebene Arbeitsblatt ausgeteilt werden (zur Differenzierung: in zwei verschiedenen Schwierigkeitsgraden). Auf dem Arbeitsblatt bearbeiten die Schülerinnen und Schüler [A2] und [A3]. Nach dem Versuch lesen die Schülerinnen und Schüler im Schülerbuch S. 78 und 79 und bearbeiten [A2] und [A3] auf dem Arbeitsblatt. Wurde der Versuch ohne Arbeitsblatt durchgeführt, bearbeiten die Schülerinnen und Schüler [A1] bis [A4] im Schülerbuch S. 79 Die Aufgabenlösungen werden gemeinsam besprochen. Dazu kann das ausgewählte Arbeitsblatt auf Folie kopiert und am Tageslichtprojektor gemeinsam ausgefüllt werden. Ansonsten notiert die Lehrkraft die Antworten als Tafelbild. Als Hausaufgabe bearbeiten die Schülerinnen und Schüler [A8] bis [A11] im Schülerbuch S. 74. SB, S. 78; [B1] als Folie projiziert Tafel Materialien für [V1] siehe SB, S. 78 AB Bedingungen einer Verbrennung (1/2) SB, S. 78/79 Textarbeit SB, S. 79; [A1) bis [A4] Arbeitsblatt auf Folie, Tageslichtprojektor oder Tafel SB, S. 74; [A8] bis [A11] Überleitung Methodische Hinweise Nachdem die Schülerinnen und Schüler gelernt haben, welche Bedingungen für ein Feuer erfüllt sein müssen, wird anschließend die Verbrennung am Beispiel einer Kerzenflamme vertieft. Danach wird am Beispiel der Verbrennung der Begriff Chemische Reaktion eingeführt. Zum Zerteilungsgrad bietet es sich an, den Schülerinnen und Schülern eine Explosion im Zündrohr oder eine Staubexplosion zu zeigen (Schülerbuch, S. 78, [V2] oder [V3]). Dafür gibt es im Handel erhältliche Modelle. Wenn es in der Schule die Möglichkeit gibt, mit den Schülerinnen und Schülern ein eigenes Lagerfeuer zu entzünden, bietet die Lerneinheit 1.3. Lagerfeuer drei Versuche, die durchgeführt werden können. Zum Vor- und Nachbereiten des Lagerfeuers eignet sich das Arbeitsblatt Bedingungen einer Verbrennung. Die Impulse-Doppelseite 76/77 im Schülerbuch (Lerneinheit 1.1 Feuer und Flamme ) bietet Anregungen, um das Thema Feuer mit Hilfe von sechs Stationen von den Schülerinnen und Schülern umfassend bearbeiten zu lassen. Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen 1

2 Konzeptbezogene Prozessbezogene Feuer ist eine Alltagserscheinung, die jeder kennt. Der Chemieunterricht liefert für die Verbrennungsvorgängen Erklärungen und zeigt wichtige Zusammenhänge auf. Um zu verstehen, auf welche Arten Feuer gelöscht werden kann, muss man zunächst die Bedingungen für ein Feuer kennen. In diesem Kapitel werden viele Versuche mit Feuer durchgeführt. Dies fasziniert Schülerinnen und Schüler und ermöglicht einen sehr anschaulichen Unterricht. Gleichzeitig bietet sich dadurch die Gelegenheit, mit Schülerinnen und Schülern über die Gefahren von Feuer zu informieren und den richtigen Umgang mit Feuer zu besprechen. Daher sollte auf jeden Fall noch einmal die Lerneinheiten Sicher Experimentieren (Schülerbuch S. 8/9) und Umgang mit dem Gasbrenner (Schülerbuch S. 12) besprochen werden. Wichtige Begriffe Lagerfeuer, Voraussetzungen einer Verbrennung: brennbarer Stoff, Zündtemperatur, Luft, Zerteilungsgrad Kompetenzprofil Die Schülerinnen und Schüler F11 beschreiben, dass nach einer chemischen Reaktion die Ausgangsstoffe nicht mehr vorliegen und gleichzeitig immer neue Stoffe entstehen. F12 beschreiben, dass chemische Reaktionen immer mit einem Energieumsatz verbunden sind. F20 beschreiben, dass Systeme bei chemischen Reaktionen Energie mit der Umgebung, z.b. in Form von Wärme austauschen können und dadurch ihren Energiegehalt verändern. E11 entwickeln und vergleichen Verbesserungsvorschläge von Versuchsdurchführungen. K3 erklären chemische Sachverhalte unter Anwendung der Fachsprache. K8 unterscheiden Fachsprache von Alltagssprache beim Beschreiben chemischer Reaktionen. K14 übersetzen bewusst Fachsprache in Alltagssprache und umgekehrt. B6 erkennen, dass Verbrennungsreaktionen chemische Reaktionen sind. 2 Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen

3 1.4 Untersuchung einer Kerzenflamme 1.5 Was brennt, wenn es brennt? Unterrichtsidee Unterrichtsphase Leitfrage Erarbeitung 1 Erarbeitung 2 Sicherung Hausaufgabe Was brennt bei einer Kerze? oder Welche Verbrennungsprodukte entstehen, wenn eine Kerze brennt? Zum wird die Klasse in fünf Gruppen aufgeteilt. Die fünf Versuche aus dem Schülerbuch S. 81 sind jeweils einmal im Klassenraum vorbereitet, und zwar an fünf Stationen. Jede Gruppe führt nacheinander alle fünf Versuche durch und bearbeitet die Aufgaben zu jedem Versuch. Zunächst werden die Beobachtungen gemeinsam verglichen und besprochen. Dabei steht die Leitfrage Was brennt bei einer Kerze? im Vordergrund. Anschließend lesen die Schülerinnen und Schüler im Schülerbuch S. 82 und bearbeiten dann [A1] bis [A3]. Die Lösungen werden gemeinsam besprochen. Die Lehrkraft führt den Versuch Nachweis der Verbrennungsprodukte einer Kerze als Demonstrationsversuch vor. Dazu erhalten die Schülerinnen und Schüler das passende Arbeitsblatt. Anschließend lesen die Schülerinnen und Schüler den Abschnitt Verbrennungsprodukte der Kerze (Schülerbuch, S. 83) und bearbeiten alle Aufgaben auf dem Arbeitsblatt. Zur Sicherung wird das Arbeitsblatt (evtl. auf Folie) besprochen. Die Schülerinnen und Schüler fertigen eine Skizze entsprechend [B2] auf S. 82 im Schülerbuch in ihrem Heft an und schreiben die drei Merksätze von dieser Doppelseite (S. 82/83) darunter. Methoden und Materialien Schülerexperimente mit Stationenarbeit SB, S. 81; [V1] bis [V5] SB, S. 82; [B2] SB, S. 82; [A1] bis [A3] Lehrerdemonstrationsversuch SB, S. 83; [B5] AB Versuchsprotokoll: Was entsteht beim Verbrennen einer Kerze? Arbeitsblatt als Folie, Tageslichtprojektor SB S. 82/83; [B2] SB S. 82/83; Merksätze Unterrichtsziele Vorwissen Überleitung Konzeptbezogene Prozessbezogene Für diese Stunde ist kein spezielles Vorwissen nötig. Die Schülerinnen und Schüler bringen ihre Vorstellungen bezüglich einer brennenden Kerze ein und erweitern sie. Nach dieser Unterrichtsidee wird der Begriff Chemische Reaktion eingeführt. Die Verbrennung einer Kerze ist den Schülerinnen und Schülern aus dem Alltag hinreichend bekannt. Hier lernen sie nun die Verbrennungsprodukte sowie deren Nachweise kennen. Dass die Verbrennung einer Kerze eine chemische Reaktion ist, sollen die Schülerinnen und Schüler direkt in der nächsten Stunde erfahren (vgl. auch Schülerbuch S. 196: Basiskonzept Chemische Reaktion, Verbrennung und Stoffumwandlung). Um die unten aufgeführten wichtigen Begriffe zu wiederholen bzw. zu sichern, können rund um das Thema Verbrennungsvorgänge noch viele weitere Versuche durchgeführt werden (vgl. Schülerbuch S. 83; [V1] bis [V5]). Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen 3

4 Wichtige Begriffe brennende Gase, Docht (Anzündhilfe), Flammtemperatur, Kalkwasser, Kohlenstoffdioxid, Rußpartikel aus Kohlenstoff, Watesmopapier, Zonen einer Kerzenflamme, Zündquelle Kompetenzprofil Die Schülerinnen und Schüler F4 erklären das Vorhandensein von Stoffen anhand ihrer Kenntnisse über die Nachweisreaktionen von Kohlenstoffdioxid, Sauerstoff und Wasser. F11 beschreiben, dass nach einer chemischen Reaktion die Ausgangsstoffe nicht mehr vorliegen und gleichzeitig neue Stoffe entstehen. F12 beschreiben, dass chemische Reaktionen immer mit einem Energieumsatz verbunden sind. E3 planen selbständig Experimente und wenden Nachweisreaktionen an. E7 formulieren Vorstellungen zu Edukten und Produkten. 4 Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen

5 1.6 Herstellung von Holzkohle 1.7 Die Verbrennung eine chemische Reaktion? Unterrichtsidee Unterrichtsphase Leitfrage Sicherung Hausaufgabe Was sind chemische Reaktionen? Zu Beginn der Stunde führen die Schülerinnen und Schüler den Versuch [V1] a) und b) im Schülerbuch S. 85 durch. Dazu bearbeiten sie [A1]. Gemeinsam wird die Lösung zu [A1] im Schülerbuch S. 85 besprochen. In dem Versuch wird der Unterschied zwischen einem physikalischen Vorgang (Schmelzen von Lötzinn) und einer chemischen Reaktion (Verbrennen von Holz) deutlich. Die Lehrkraft erläutert den Unterschied zwischen beiden Vorgängen. Anschließend lesen die Schülerinnen und Schüler den Text im Schülerbuch S. 85 und übertragen die beiden Merksätze zusammen mit der Überschrift in ihr Heft. Danach bearbeiten die Schülerinnen und Schüler [A2] oder [A3]. Differenzierung: Leistungsstärkere Schülerinnen und Schüler nur [A3]. Die Lösungen zu [A2] und [A3] werden im Plenum besprochen. Wenn noch Zeit ist, kann folgender Zusammenhang an der Tafel verdeutlicht werden: Ausgangsstoffe (Edukte) reagieren zu Neue Stoffe (Reaktionsprodukte) Dies geschieht am Beispiel einer Kerze: Wachs + Luft (Sauerstoff) Kohlenstoffdioxid + Wasser Als Hausaufgabe erhalten die Schülerinnen und Schüler das angegebene Arbeitsblatt. Methoden und Materialien SB, S. 85; [V1] Lötzinn, Streichhölzer, Gasbrenner, Tiegelzange SB, S. 85; [A1] SB, S. 85 SB, S. 85; [A2] oder [A3 Tafel AB Neue Stoffe entstehen (1/2) Unterrichtsziele Vorwissen Überleitung Konzeptbezogene Für die Bearbeitung von [A3] sollten die Vorgänge bei der Verbrennung einer Kerze besprochen worden sein. Auf den folgenden Seiten wird das Konzept der chemischen Reaktion an vielen weiteren Beispielen verdeutlicht. Chemische Reaktionen bilden den Schwerpunkt des Chemie-Unterrichts. Während im Anfangsunterricht zunächst physikalische Grundlagen der Chemie (Stoffeigenschaften, Teilchenmodell, Trennmethoden usw.) vermittelt wurden, bildet dieses Kapitel den in das Basiskonzept der Chemischen Reaktion (vgl. Schülerbuch S. 196/197). Die Erkenntnis, dass aus verschiedenen Ausgangsstoffen neue Stoffe entstehen können (unter Energieumsatz), ist eine der wichtigsten Erkenntnisse im gesamten Chemieunterricht. Um diesen Aspekt zu verdeutlichen, kann an dieser Stelle des Unterrichtsverlaufs der Exkurs 1.20 Explosionen bearbeitet werden. Explosionen faszinieren Schülerinnen und Schüler. Durch Lehrer- Demonstrationsversuche wie z.b. Schülerbuch, S. 106, [V2] kann das Interesse für heftige chemische Reaktionen geweckt werden. Dass die frei werdende Energie sowohl positive Auswirkungen (beispielsweise beim Raketenantrieb) als auch negative Auswirkungen (z.b. bei schlagenden Wettern) haben kann, wird auf der Doppelseite anschaulich erläutert. Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen 5

6 Prozessbezogene Die Verbrennung von Holz und Kohle ist den Schülerinnen und Schülern aus dem Alltag bekannt. Jeder kennt Streichhölzer, Kaminholz oder Grillkohle/Holzkohle. Die Herstellung von Holzkohle (Impulse, Schülerbuch, S. 84) kann zusätzlich bearbeitet werden, um einen Zusammenhang zwischen chemischen Sachverhalten und Alltagserscheinungen herzustellen. Dazu kann das Arbeitsblatt Holzkohle bearbeitet werden. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen Vorgänge, die sie aus dem Alltag kennen mit den in Experimenten kontrolliert ablaufenden Prozessen und vertiefen so ihre Kenntnisse zum Vorgehen beim naturwissenschaftlichen Experimentieren. Wichtige Begriffe Ausgangsstoff (Edukt), chemische Reaktion, Energieumsatz, neuer Stoff (Reaktionsprodukt), physikalischer Vorgang, Stoffumsatz Kompetenzprofil Die Schülerinnen und Schüler F11 beschreiben, dass nach einer chemischen Reaktion die Ausgangsstoff nicht mehr vorliegen und gleichzeitig immer neue Stoffe entstehen. F12 beschreiben, dass chemische Reaktionen immer mit einem Energieumsatz verbunden sind. F19 beschreiben, dass sich Stoffe in ihrem Energiegehalt unterscheiden. F20 beschreiben, dass Systeme bei chemischen Reaktionen Energie mit der Umgebung, z.b. in Form von Wärme austauschen können und dadurch ihren Energiegehalt verändern. E7 formulieren Vorstellungen zu Edukten und Produkten. E18 erklären Wärme (thermische Energie) als Teilchenbewegung. E20 führen experimentelle Untersuchungen zur Energieübertragung zwischen System und Umgebung durch. K3 erklären chemische Sachverhalte unter Anwendung der Fachsprache. K8 unterscheiden Fachsprache von Alltagssprache beim Beschreiben chemischer Reaktionen. K10 argumentieren fachlich korrekt und folgerichtig über ihre Versuche. K15 kommunizieren fachsprachlich unter Anwendung energetischer Begriffe. B6 erkennen, dass Verbrennungsreaktionen chemische Reaktionen sind. B7 erkennen die Bedeutung chemischer Reaktionen für Natur und Technik. B11 zeigen Anwendungen von Energieübertragungsprozessen im Alltag. 6 Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen

7 1.8 Eisen brennt 1.9 Metalle verbrennen Unterrichtsidee Unterrichtsphase Leitfrage Erarbeitung Sicherung Hausaufgabe Können Metalle verbrennen? oder Unter welchen Bedingungen können Metalle brennen? Die Lehrkraft präsentiert den Schülerinnen und Schülern einen metallisch glänzenden Spitzer (wichtig: aus Magnesium). Die Schülerinnen und Schüler sollen Vermutungen zu dem Gegenstand anstellen: Aus welchem Metall besteht der Spitzer? Ist er brennbar? Alternativ: Die Lehrkraft präsentiert einen Eisennagel. Nachdem der Stoff Magnesium kurz vorgestellt wurde (Zusammenfassung seiner sichtbaren Eigenschaften), überprüfen die Schülerinnen und Schüler, ob Magnesium brennbar ist. Dazu führen sie [V1] im Schülerbuch auf S. 87 durch. Alternativ: Die Schülerinnen und Schüler verbrennen Eisenwolle. Die Auswertung des Versuchs erfolgt zunächst durch das Besprechen der Beobachtungen. Das Metall Magnesium (bzw. Eisen) ist brennbar. Die Eigenschaften vor und nach der Verbrennung werden besprochen. Anschließend wird der Text im Schülerbuch gemeinsam gelesen. Die Lehrkraft notiert die wichtigsten Zusammenhänge an der Tafel, z.b.: Metalle wie Eisen oder Magnesium können verbrennen. Dabei spielt der Zerteilungsgrad eine große Rolle: Je größer die Oberfläche des Metalls ist, desto heftiger reagiert es. Die Schülerinnen und Schüler übernehmen das Tafelbild in ihr Heft. Die Lehrkraft kommt wieder auf den Spitzer vom Beginn der Stunde zu sprechen. Die Schülerinnen und Schüler stellen Vermutungen darüber an, ob er sich entzünden lässt. Die Lehrkraft zeigt als Demonstrationsversuch die Verbrennung des Spitzers. Wenn noch Zeit ist, kann die Lehrkraft auch die Verbrennung von Magnesium-Pulver (vgl. [V4], Schülerbuch S. 86) als Demonstrationsversuch durchführen. Alternativ: Die Lehrkraft versucht, den Eisennagel vom Beginn der Stunde zu verbrennen (vgl. [B1], Schülerbuch, S. 87), anschließend führt die Lehrkraft die Verbrennung von Eisenpulver durch (entsprechend [V4] im Schülerbuch S. 86) Die Schülerinnen und Schüler bearbeiten zu Hause [A1] und [A2] im Schülerbuch auf S. 87. Methoden und Materialien Spitzer aus Magnesium oder Eisennagel, SB, S. 87; [V1] Magnesiumband, Tiegelzange, Gasbrenner, feuerfeste Unterlage statt Magnesiumband: Eisenwolle Tafelbild Lehrerdemonstrationsversuch: Verbrennen eines Spitzers aus Magnesium oder von Magnesiumpulver (Abzug) Lehrerdemonstrationsversuch: Verbrennen eines Eisennagels und von Eisenpulver SB, S. 86; [V4] SB, S. 87; [A1] und [A2] Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen 7

8 Unterrichtsziele Vorwissen Konzeptbezogene Prozessbezogene Die Begriffe Verbrennung, Zerteilungsgrad und Chemische Reaktionen sollten bekannt sein. Dass ein Stoff stärker, schneller und heftiger brennt, wenn er stark zerteilt ist, wurde bereits zu Beginn des Kapitels (vgl. Schülerbuch, S. 79) erläutert. An dieser Stelle erfolgt eine Wiederholung dieses Zusammenhangs und eine Erweiterung auf die bereits bekannte Stoffgruppe der Metalle. Im Rahmen von Schülerversuchen ist es immer wieder sinnvoll, als Hausaufgabe ein Versuchsprotokoll schreiben zu lassen (Anleitung: Schülerbuch, S. 25). Auch nach dieser Stunde ist das möglich und sinnvoll. Die Schülerinnen und Schüler üben dabei, Sicherheitsmaßnahmen zu formulieren, Skizzen vom Versuchsaufbau anzufertigen, ihre Beobachtungen zu formulieren und eine fachlich korrekte Auswertung zu schreiben. Um das Recherchieren zu üben, kann man auch die Aufgabe [A13] im Schülerbuch, S. 75, Abschnitt Auch Metalle können brennen bearbeiten lassen. Wichtige Begriffe chemische Reaktion, Metalle, Oberfläche, Stoffportion, Verbrennung, Zerteilungsgrad Kompetenzprofil Die Schülerinnen und Schüler F 7 unterscheiden Metalle, Nichtmetalle, Salze. F11 beschreiben, dass bei einer chemischen Reaktion die Ausgangsstoffe nicht mehr vorliegen und gleichzeitig immer neue Stoffe entstehen. F12 beschreiben, dass chemische Reaktionen immer mit einem Energieumsatz verbunden sind. F19 beschreiben, dass sich Stoffe in ihrem Energiegehalt unterscheiden. E7 formulieren Vorstellungen zu Edukten und Produkten. E8 planen Überprüfungsexperimente und führen sie unter Beachtung von Sicherheitsaspekten durch. E15 führen qualitative und quantitative einfache Experimente durch und protokollieren diese. E17 zeigen exemplarisch Verknüpfungen zwischen chemischen Reaktionen im Alltag und im Labor. K3 erklären chemische Sachverhalte unter Anwendung der Fachsprache. K6 beschreiben, veranschaulichen und erklären chemische Sachverhalte mit den passenden Modellen unter Anwendung der Fachsprache. K8 unterscheiden Fachsprache von Alltagssprache beim Beschreiben chemischer Reaktionen. B2 stellen Bezüge zur Mathematik her. B5 wenden Kenntnisse aus der Mathematik an. B6 erkennen, dass Verbrennungsreaktionen chemische Reaktionen sind. 8 Elemente Chemie 7/8 Niedersachsen