Feinplanung 1. HJ 16 Wochen je 5 Stunden = 80 Stunden LK Chemie Energie und chemische Reaktionen
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- Erika Geisler
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1 Feinplanung 1. HJ 16 Wochen je 5 Stunden = 80 Stunden LK Chemie Energie und chemische Reaktionen Inhalte Elektronenkonfiguration der Haupt- und Nebengruppenelemente 1. Hauptsatz der Thermodynamik Standardbildungsenthalpie Reaktionsenthalpie, Satz von HESS Ermittlung der Reaktionswärme Entropie und freie Reaktionsenthalpie Redoxreaktionen Standardelektrodenpotenzial und elektrochemische Spannungsreihe Galvanisches Element: Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle Lokalelement, Korrosion, Korrosionsschutz Elektrolyse Kompetenzerwerb im Themenfeld Die Schülerinnen und Schüler - beschreiben und erläutern Phänomene der Stoff- und Energieumwandlung bei chemischen Reaktionen und erklären diese Phänomene auf der Grundlage von Teilchen- und Bindungsmodellen, - wenden den 1. Hauptsatz der Thermodynamik auf chemische Reaktionen an und bestimmen Reaktionswärmen experimentell und mathematisch, - erarbeiten die praktische Bedeutung energetischer Betrachtungen chemischer Reaktionen anhand der Heizwerte von Energieträgern und der Brennwerte von Lebensmitteln, - erkennen Redoxreaktionen als Donator-Akzeptor-Reaktionen und entwickeln für ausgewählte Reaktionen Teil- und Gesamtgleichungen, - lernen chemische und technische Grundlagen der Umwandlung von chemischer in elektrische Energie und umgekehrt kennen, - benutzen die elektrochemische Spannungsreihe als Modell, um Redoxreaktionen vorauszusagen und Zellspannungen unter Standardbedingungen zu ermitteln, - erklären die Wirkung elektrochemischer Spannungsquellen und Korrosionsvorgänge und betrachten Vorgänge der Elektrolyse unter Nutzung der FARADAYschen Gesetze quantitativ, - betrachten elektrochemische Prozesse in Technik und Alltag unter dem Aspekt der Nachhaltigkeit, - erkennen die Problematik zukünftiger Energieversorgung und diskutieren verschiedene Energiekonzepte, - erkennen, beschreiben und bewerten die gesellschaftliche Relevanz und Bedeutung der angewandten Chemie für die Sicherung der Energieversorgung 1
2 Stundenzahl 10 Atombau Thema Inhalte Experimente eig. Bemerkungen - Einführung in die Thematik Brainstorming - Atommodelle: Dalton, Rutherford, Bohr - Atombausteine - Bau der Atomhülle - Energieniveau und schema - Orbitalmodell - Besetzungsregeln für die Orbitale und Elektronenverteilung in den s-, p-, d-, f-niveaus bzw. Orbitalen, Valenzelektronen - Elektronenkonfiguration von Haupt- und Nebengruppenelementen - Zusammenhang zwischen Bau der Atomhülle und Anordnung im PSE Gesetz der Periodizität periodische Eigenschaften der Elemente Flammenfärbungen Handspektroskop 2 Energieumwandlungen 8 Enthalpie 5 Entropie und freie Enthalpie - innere Energie und Energieumwandlungen - exo- und endotherme Reaktionen - offene, geschlossene und abgeschlossene Systeme - Reaktionsenergie und Reaktionsenthalpie - 1. Hauptsatz der Thermodynamik - Standardbildungsenthalpie - Satz von HESS - Bestimmung der Reaktionsenthalpie die Kalorimetergleichung - Entropie - Triebkraft chem. Reaktionen freie Enthalpie - Gibbs-Helmholtz-Gleichung Exp. zur Darstellung von Energieumwandlungen 2
3 6 Redoxreaktionen - Redoxreaktionen als Reaktionen mit Elektronenübergang - Oxidationszahlen und stufen - korrespondierende Redoxpaare - Aufstellen von Redoxgleichungen auf der Grundlage der Teilgleichungen 4 Elektrolytische Leitfähigkeit 7 Oxolyse und Redoxreihen 10 Elektrochemische Stromerzeugung Galvanische Elemente - echte und potentielle Elektrolyte - elektrolytische und metallische Leitfähigkeit - Lösungstension - Potentialdifferenz Elektrodenpotential - elektrochemische Doppelschicht - Löslichkeitsreihe bzw. Redoxreihe der Metalle - Standard-Wasserstoff-Elektrode als Bezugselektrode - Standardelektrodenpotentiale elektrochem. Spannungsreihe der Metalle - Elektrochem. Spannungsreihe unter Einbeziehung weiterer Redoxsysteme - Zementation elektrochemische Fällung - Voraussagen des Ablaufs von Redoxreaktionen und exp. Prüfung - Aufbau einer galvanischen Zelle Zelldiagramm - Funktion der galvanischen Zelle Elektrodenreaktionen Energieumwandlung - Standardzellspannungen - Abhängigkeit der Zellspannung vom Elektrodenmaterial, von der Temperatur, von der Konzentration Nernstgleichung - exp. Darstellung der Ionenwanderung - Leitfähigkeitsmess. - kalorimetrische Bestimmung der Lösungsenthalpie exp. Ermittlung einer Redoxreihe aus mind. 4 Metallen Redoxsysteme - Farbreaktionen - Zementation - Reaktionen unedler Metalle mit Säuren exp. Bestimmung von Standardzellspannungen Bau des Daniell- und des Leclanche-Elem. exp. Darstellung des Bleiakkus 3
4 8 Elektrolyse als erzwungene Redoxreaktion 6 großtechnische Elektrolysen 6 Korrosion und Korrosionsschutz - Primär- und Sekundärelemente Aufbau und Funktion - Historische Elemente: z.b. Volta, Bunsen - Brennstoffzellen Solar-Wasserstoff-Technologie - Ablauf von Redoxvorgängen in Elektrolysezellen - Abscheidungspotential und Zersetzungsspannung - Überspannung - Einfluss des Elektrodenmaterials - Faraday Gesetze und Berechnungen auf ihrer Grundlage - Kupferraffination - Galvanisieren - Schmelzflusselektrolyse zur Herstellung von Aluminium - vergleichende Betrachtung - Lokalelemente - Korrosion Säurekorrosion Sauerstoffkorrosion - Korrosionsschutz aktiv, passiv Elektrolyse einer - CuCl 2 -Lsg. - NaBr-Lsg. elektrolytische Wasserzersetzung Galvanisieren Experimente zur Korrosion 8 Klausuren und Tests 4
5 Feinplanung 2. HJ 16 Wochen je 5 Stunden = 80 Stunden LK Chemie Chemische Gleichgewichte in Natur und Technik Inhalte Reaktionsgeschwindigkeit (Definition und Bedingungsfaktoren) Wirkungsweise von Katalysatoren Merkmale des chemischen Gleichgewichts Prinzip von LE CHATELIER und BRAUN Massenwirkungsgesetz Säure-Base-Theorie von BRÖNSTED Ionenprodukt des Wassers ph-wert Funktionsweise von Säure-Base-Indikatoren Säure-Base-Titrationen Pufferlösungen Wirtschaftlichkeit und ökologische Folgen ausgewählter technischer Synthesen Grundprinzipien der technischen Chemie (Gegenstrom-, Rückführungsprinzip) ein Stoffkreislauf Kompetenzerwerb im Themenfeld Die Schülerinnen und Schüler - erkennen, dass viele chemische Reaktionen zu Gleichgewichtszuständen führen können, - nutzen Kenntnisse über die Merkmale und die Beeinflussbarkeit chemischer Gleichgewichte zur Diskussion von Problemen der Durchführung chemischer Reaktionen in der chemischen Industrie, - formulieren mithilfe des Massenwirkungsgesetzes (MWG) quantitative Aussagen zur Lage von Gleichgewichtsreaktionen, - wenden das MWG auf Gasgleichgewichte und Gleichgewichte in wässrigen Lösungen an, - beurteilen unter Nutzung des MWG bedeutende großtechnische Synthesen, wie z. B. das HABER-BOSCH-Verfahren, hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit, - stellen den Zusammenhang von Ionenprodukt des Wassers und ph-wert dar, - berechnen ph-werte, planen selbstständig Säure-Base-Titrationen und führen diese durch, - untersuchen und diskutieren die Bedeutung des ph-wertes in Alltag und Technik. 5
6 Stundenzahl Thema Inhalte Experimente Bemerkungen - Definition der Reaktionsgeschwindigkeit Praktikum 10 Reaktionsgeschwindigkeit - Einfluss von T, c, p Reaktionsgeund - RGT Regel schwindigkeit Katalyse - Wirkungsweise und Einfluss von Katalysatoren Schrödel-LB - Geschwindigkeitsgesetz Chemie heute 12 Chemisches Gleichgewicht und MWG - unvollständiger und vollständiger Stoffumsatz - umkehrbare Reaktionen - das chemische Gleichgewicht und das Prinzip von Le Chatelier und Braun - das MWG und seine Anwendung auf einfache organische Gleichgewichte - kinetische Herleitung des MWG Estergleichgewicht 10 techn. Synthesen 8 Löslichkeitsgleichgewichte - Wirtschaftlichkeit und ökologische Folgen techn. Synthesen - Grundprinzipien der technischen Chemie - Ammoniaksynthese - Schwefelsäureherstellung - Stoffkreislauf (Schwefel oder Stickstoff) - Löslichkeitsgleichgewichte Löslichkeitsprodukt - Wirkung gleichioniger Zusätze Fällungsreaktionen als Ionennachweise 6
7 32 Säure-Base- Reaktionen - Säure-Base-Theorie von Brönsted Reaktion mit Protonenübergang korrespondierende Säure-Base-Paare Ampholyte - Autoprotolyse von Wasser Ionenprodukt des Wassers - Säure- und Basenkonstanten - Stärke von Säuren und Basen - ph-wert Definition und Berechnung - Puffersysteme Bedeutung und phänomenologische Betrachtung - Puffergleichung Henderson-Hasselbalch - Neutralisation - Indikatoren Indikatorgleichgewicht Umschlagpunkt, Umschlagbereich - Maßanalyse Titration einwertiger und mehrwertiger Protolyte - Methode der Halbtitration zur Bestimmung von pk-werten - Auswertung von Titrationskurven Essigsäure/Acetat- Puffer Verdünnungsreihe Titrationen 8 - Leistungskontrollen und Klausur 7
8 Feinplanung 3. HJ 16 Wochen je 5 Stunden = 80 Stunden LK Chemie Die Welt der makromolekularen Stoffe Inhalte Kohlenhydrate (Struktur, Eigenschaften): Mono-, Di- und Polysaccharide Chiralität, optische Aktivität Proteine: Bausteine, Struktur und Eigenschaften Aufbau und Abbau eines Stoffes im Stoffwechselgeschehen Nachweisreaktionen, Einfluss von Molekülstrukturen auf das Reaktionsverhalten Bedeutung von Biopolymeren ausgewählte Kunststoffe: Struktur, Eigenschaften und Herstellung Kompetenzerwerb im Themenfeld Die Schülerinnen und Schüler - nehmen eine Einteilung in natürliche und synthetische Polymere vor, - beschreiben die Vielfalt der makromolekularen Stoffe auf der Basis der unterschiedlichen Kombination der Teilchen und deren Wechselwirkung und wenden geeignete Modelle zur Beschreibung des Baus dieser Stoffe an, - begründen die Zuordnung der Stoffe zu Stoffklassen auf der Grundlage von Strukturmerkmalen, - führen sie unter dem Aspekt der Anwendbarkeit (Zusammensetzung von Lebensmitteln, Aminosäuresequenz, Baustoffe der Zelle) spezielle Nachweisreaktionen für die natürlichen Mono- sowie deren Polymere durch, - erkennen die Bedeutung von Biopolymeren. Stundenzahl Thema Inhalte Experimente eig. Bemerkungen 10 Elektronenpaar bindung - die Elektronenpaarbindung LEWIS-Modell und Oktett-Regel EPA-Modell Orbitalmodell (Molekülorbitale) - polarisierte Elektronenpaarbindungen, Elektronegativität - Abschätzung der Polarität - Weitere Bindungen Ionenbildung und Ionenbindung Metallbindung LDE: Mg + O 2 Na + Cl 2 Al + Br 2 8
9 5 Bindungen in organischen Stoffen 3 Intermolekulare Bindungen 23 Kohlenhydrate 3 Kohlenhydratstoffwechsel 18 Proteine - Hybridisierungen des Kohlenstoffatoms - σ- und π-bindungen - Abschätzen der Polarität der C-C- und der C-H-Bindung - Polarität funktioneller Gruppen: R-OH, R-CHO, R-CO-R, R-COOH, R-NH 2 - Reaktionsmöglichkeiten dieser funktionellen Gruppen - Betrachten intermolekularer Kräfte: Van-der-Waals-, Dipol- Kräfte, Wasserstoff-Brücken - Überblick über die Kohlenhydrate - Monosaccharide Glucose, Fructose, Nachweisreaktionen - Chiralität und optische Aktivität - Disaccharide Saccharose, Maltose u.a. - Polysaccharide Bausteine, Struktur, Eigenschaften, Nachweis von Stärke und Cellulose - Herkunft und Bedeutung der Kohlenhydrate - Stärke und Cellulose als nachwachsende Rohstoffe - Kohlenhydratverdauung Überblick - Blutzuckerspiegel - Glucose als Energiespender biolog. Oxidation - Proteine Bedeutung - Aminosäuren als Bausteine der Proteine (Bau, Einteilung, Eigenschaften, Nachweis) - Kondensation und Hydrolyse - Polypeptide und Proteine Struktur und Eigenschaften Esterbildung als Kondensation Löslichkeitsexp. Viskositätsprüfung Polarimeter- Exp., Fehling, Silberspiegel, Seliwanow, Stärkenachweis LDE: saure Saccharosehydrolyse im Polarimeter Ninhydrinreaktion, Biuret, Xanthoproteinreaktion 10 Kunststoffe - Kunststoffe: Struktur, Eigenschaften, Verwendung Leistungskontrollen und Klausur 9
10 Feinplanung 4. HJ 10 Wochen je 5 Stunden = 50 Stunden LK Chemie Die Welt der farbigen Stoffe Inhalte Licht und Farbe Theorie der Farbigkeit Zusammenhang zwischen Struktur und Farbe ausgewählte natürliche und synthetische Farbmittel Einfluss der Molekülstrukturen auf das Reaktionsverhalten: funktionelle Gruppen, Nucleophilie, Elektrophilie, I-Effekt, M-Effekt, sterischer Effekt Färben von Natur- und Kunstfasern Wechselwirkung zwischen Farbstoff- und Fasermolekülen ausgewählte farbige oder nicht farbige Komplexverbindungen in Natur und Technik Kompetenzerwerb im Themenfeld Die Schülerinnen und Schüler - gewinnen einen Einblick in die Vielfalt der Farbmittel, - unterscheiden Farbmittel und ordnen konkrete Stoffe den Farbmittelklassen zu, - erkunden experimentell die Zusammenhänge zwischen Licht und Farbigkeit, - erläutern mithilfe geeigneter Modelle (z.b. Chromophormodell, Mesomeriemodell) Beziehungen zwischen chemischer Struktur und Farbigkeit, - leiten ausgehend von den Betrachtungen zu Struktur und Eigenschaften der Farbmittel und Faserstoffe Aussagen zu Verwendungsmöglichkeiten der Farbmittel ab, - bearbeiten exemplarisch experimentell Färbeverfahren für Textilien, - Anhand des Färbens und der Herstellung von Farbstoffen arbeiten sie Zusammenhänge zu Nachhaltigkeit und Verantwortung der Chemie für die Erhaltung von Gesundheit und Umwelt heraus, - gewinnen mit einfachen Versuchen Hinweise auf die Struktur und Eigenschaften von künstlichen Polymeren, - ordnen ausgewählte Kunststoffe nach bestimmten Eigenschaften verschiedenen Kunststoffgruppen zu. Stundenzahl Thema Inhalte Experimente eig. Bemerkungen - Licht als Energie 3 Licht und Farbe - Zusammenhang zwischen Licht und Farbe LDE: - Prinzipien der Farbmischung: additiv und subtraktiv Dispersion des Licht - Farbwahrnehmung durch das Auge 10
11 3 Zusammenwirken von Licht und Materie - Lichtemission und Farbe, - Lichtabsorption und Farbe, - Emissionsspektren der Sonne u.a. glühender Körper, - Fluoreszenz, Phosphoreszenz und Chemolumineszenz Flammenfarben, Handspektroskopie, Exp. zu den Lumineszenzen 1 Farbmittel - Vielfalt der Farbmittel Farbstoffe und Pigmente 9 Zusammenhang zwischen Struktur und Farbe organ. Stoffe 12 Ausgewählte nat.und synth. Farbmittel 6 Färben von Natur- und Kunstfasern - Bau und Bindungsverhältnisse aliphatischer und aromatischer Verbindungen - Einfach-, Mehrfachbindungen - σ- und π- Bindungen - konjugierte Doppelbindungssysteme, - Mesomerie-Modell - Modell eines Farbstoffmoleküls (Chromophor, auxo-, antiauxochrome Gruppen) - Bathochromie - Carbonylfarbstoffe Indigo - Triphenylmethanfarbstoffe Phenolphthalein - Azofarbstoffe - Methylorange - Ausgewählte Natur- und Kunstfasern Struktur, Eigenschaften, Herstellung - Färbeverfahren - Wechselwirkung zwischen Farbstoff- und Fasermolekül Herstellung synthetischer Farbstoffe Herstellung pflanzl. Farbstoffauszüge Chromatographie Küpenfärben Beizenfärben Direktfärben 10 Komplexverbindungen - Ausgewählte Komplexverbindungen in Natur und Technik: Struktur, Eigenschaften und Verwendung - Farbigkeit anorg. Stoffe (Pigmente) 6 - Leistungskontrollen und Klausur 11
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