Wasseruntersuchungen

Wasseruntersuchungen Zurdnung zum Kmpetenzmdell (KM) Aufgabe(n) KM Beschreibung C4.2 Bedeutung, Gewinnung und Verarbeitung wichtiger anrganischer und rganischer Rhstffe W1 Ich kann Vrgänge und Phänmene in Natur, Umwelt und Technik beschreiben und benennen. 1a N2 Sachverhalte und einfache Verbindungen zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik unter Verwendung einzelner Elemente der Fachsprache (inkl. Begriffe, Frmeln) und der im Unterricht behandelten Gesetze, Größen und Einheiten beschreiben, untersuchen und bewerten. Kmbinatin aus reprduzierendem und selbstständigem Handeln. C4.2 Bedeutung, Gewinnung und Verarbeitung wichtiger anrganischer und rganischer Rhstffe E1 Ich kann zu Vrgängen und Phänmenen in Natur, Umwelt und Technik 1b Bebachtungen machen der Messungen durchführen und diese beschreiben. N1 Ausgehend vn stark angeleitetem, geführtem Arbeiten Sachverhalte aus Natur, Umwelt und Technik mit einfacher Sprache beschreiben, mit einfachen Mitteln untersuchen und alltagsweltlich bewerten; reprduzierendes Handeln. C4.2 Bedeutung, Gewinnung und Verarbeitung wichtiger anrganischer und rganischer Rhstffe W2 Ich kann aus unterschiedlichen Medien und Quellen fachspezifische 1c Infrmatinen entnehmen. N1 Ausgehend vn stark angeleitetem, geführtem Arbeiten Sachverhalte aus Natur, Umwelt und Technik mit einfacher Sprache beschreiben, mit einfachen Mitteln untersuchen und alltagsweltlich bewerten; reprduzierendes Handeln. C2.3 Physikalische Trennverfahren und deren Anwendung W3 Ich kann Vrgänge und Phänmene in Natur, Umwelt und Technik in verschiedenen Frmen (Grafik, Tabelle, Bild, Diagramm ) darstellen, 1d erläutern und adressatengerecht kmmunizieren. N3 Verbindungen (auch kmplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Knzepte nutzen können. Verwendung vn kmplexer Fachsprache (inkl. Mdelle); weitgehend selbstständiges Handeln. P2.3 Einfache Strmkreise (Ohmsche Beziehung, Serienschaltung und Parallelschaltung vn Verbrauchern) E3 Ich kann zu Fragestellungen eine passende Untersuchung der ein Experiment planen, durchführen und prtkllieren. 2a N2 Sachverhalte und einfache Verbindungen zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik unter Verwendung einzelner Elemente der Fachsprache (inkl. Begriffe, Frmeln) und der im Unterricht behandelten Gesetze, Größen und Einheiten beschreiben, untersuchen und bewerten. Kmbinatin aus reprduzierendem und selbstständigem Handeln. P2.3 Einfache Strmkreise (Ohmsche Beziehung, Serienschaltung und Parallelschaltung vn Verbrauchern) 2b W4 Ich kann die Auswirkungen vn Vrgängen in Natur, Umwelt und Technik auf die Umwelt und Lebenswelt erfassen und beschreiben. N3 Verbindungen (auch kmplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 1

3a 3b 3c Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Knzepte nutzen können. Verwendung vn kmplexer Fachsprache (inkl. Mdelle); weitgehend selbstständiges Handeln. C2.2 Eigenschaften wichtiger Substanzen und Stffklassen E4 Ich kann Daten und Ergebnisse vn Untersuchungen analysieren (rdnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und interpretieren. N3 Verbindungen (auch kmplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Knzepte nutzen können. Verwendung vn kmplexer Fachsprache (inkl. Mdelle); weitgehend selbstständiges Handeln. C1.5 Chemische Bindungen E4 Ich kann Daten und Ergebnisse vn Untersuchungen analysieren (rdnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und interpretieren. N3 Verbindungen (auch kmplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Knzepte nutzen können. Verwendung vn kmplexer Fachsprache (inkl. Mdelle); weitgehend selbstständiges Handeln. C1.1 Teilchenmdell der Materie E4 Ich kann Daten und Ergebnisse vn Untersuchungen analysieren (rdnen, vergleichen, Abhängigkeiten feststellen) und interpretieren. N3 Verbindungen (auch kmplexer Art) zwischen Sachverhalten aus Natur, Umwelt und Technik und naturwissenschaftlichen Erkenntnissen herstellen und naturwissenschaftliche Knzepte nutzen können. Verwendung vn kmplexer Fachsprache (inkl. Mdelle); weitgehend selbstständiges Handeln. BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 2

Didaktischer Kmmentar: Anhand zweier Eigenschaften des Wassers (Wasserhärte und elektrische Leitfähigkeit) sllen Schüler/innen zeigen, wie sie mit Versuchsanrdnungen und Messdaten umgehen und in welchem Ausmaß sie in der Lage sind, Infrmatinen zu finden und diese situatinsbezgen zu verwerten swie Entscheidungen zu begründen. Zunächst wird das Verständnis des Begriffs Wasserhärte abgefragt und anschließend ein entsprechender, nur wenig veränderter, erklärender Lexikntext wiedergegeben. Ein halbquantitativer Härtetest wird beschrieben und die Auswertung eines Teststreifens verlangt. Die Wasserhärte in einer bestimmten Ortschaft sll auf einer vrgegebenen Internetseite gefunden werden und es sll vrhergesagt werden, wie der Teststreifen aussehen wird, wenn man ihn in dieses Wasser taucht. Danach werden verschiedene Methden der Wasserenthärtung beschrieben. Diese Infrmatinen sllen die Schüler/innen benutzen, um anhand der Inhaltsstffe herauszufinden, mit welcher Methde einige vrgegebene Wässer enthärtet wrden sind. Der zweite Teil der Aufgabe hat die elektrische Leitfähigkeit vn Wässern zum Inhalt. Zunächst werden verschiedene Versuchsaufbauten angebten, aus denen die Schüler/innen jene auswählen sllen, die sie für geeignet halten, um damit Leitfähigkeitsuntersuchung durchzuführen, was in einem weiteren Schritt auch begründet werden muss. Zum Schluss sllen nch Messdaten verschiedenen Wässern zugerdnet und Begründungen für die Leitfähigkeit angegeben werden. Quellen: Meyers grßes Taschenlexikn in 24 Bänden (1987). Mannheim: Bibligraphisches Institut & F.A. Brckhaus AG Merck GesamthärteTest (MerckNr. 110046) http://www.wasserleitungsverband.at/ [28.07.2011] Handskizzen vn Versuchsanrdnungen: Gerhard Kern Idee für Einstiegsgespräch der Schüler/innen, in denen verschiedene Vrstellungen zur Sprache gebracht werden, aus: Felzmann, R., Blümel, M., Hlzinger, F., Tittler, L. (1992). Mathematik aktiv 2 Arbeitsbuch für die 6. Schulstufe. Wien: HölderPichlerTempsky. BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 3

Wasseruntersuchungen Lösungen Aufgabe 1 Die Härte des Wassers Gerda: Hartes Wasser? Was sll denn das sein? Hansi: Eis. Wenn das Wasser im Winter gefriert, wird es hart. Susi: Oder im Eiswürfelbehälter im Tiefkühlfach. Ebi: Wenn Du im Schwimmbad vm Zehnmeterturm springst, ist das flüssige Wasser aber auch ganz schön hart. Lene: Da gibt es s eine Zahl, sieben ist gut, glaube ich. Kristf: Du meinst den phwert, das ist etwas anderes. Der steht auf dem Haarshamp drauf. Tbi: In der Fernsehwerbung zeigen sie immer den vergammelten Heizstab einer Waschmaschine. Dann heißt es dazu: Das kann hartes Wasser mit Ihrer Waschmaschine anstellen. Isabella: Wenn Wasser erhitzt wird, lagert sich Kalk ab. Das ist in der Kaffeemaschine ja auch s. Mein Papa lässt vn Zeit zu Zeit Essig durchlaufen, dann stinkt die ganze Whnung. a. Was versteht man unter der Härte des Wassers? den Aggregatzustand bei tiefen Temperaturen den Widerstand, den das Wasser leistet, wenn man einen Gegenstand hineinwirft den Säuregehalt den Kalkgehalt die Höhe des Waschmittelverbrauchs Unter der Härte des Wassers versteht man grb gesprchen den Kalkgehalt. In einem Lexikn findet man die genauere Definitin: Härte des Wassers: Im wesentlichen durch Calcium und Magnesiumsalze bewirkter Gehalt des Wassers an Erdalkalimetallinen. Die Härte des Wassers wird in Härtegraden angegeben. Die vr allem in Deutschland verwendete praktische Maßeinheit für die Härte wird als deutscher Härtegrad (Kurzzeichen dh) bezeichnet. Die Härte des Wassers bewirkt in Rhren und Kesseln, die Warmwasser enthalten, die Bildung vn Kesselstein. Darüber hinaus bedingt sie durch Ausfällung fettsaurer Calcium der Magnesiumsalze eine stark reduzierte Waschwirkung der auf Fettsäurebasis hergestellten Seifen. (Meyers grßes Taschenlexikn in 24 Bänden (1987). Mannheim: Bibligraphisches Institut & F.A. Brckhaus AG. Text adaptiert.) BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 4

Kristf und Eberhard messen in der Chemiestunde die Härte des Leitungswassers in ihrer Heimatgemeinde mit Hilfe vn Teststreifen. Dazu muss man den Streifen eine Sekunde lang in das Wasser eintauchen, das überschüssige Wasser abschütteln und nach einer Minute mit einer Farbkarte vergleichen. Je mehr Felder sich vn Grün nach Rsa verfärben, dest härter ist das Wasser. > 25 dh > 20 dh > 15 dh > 10 dh > 5 dh < 3 dh Kristfs Streifen sieht s aus: b. Welche Aussage über die Härte des untersuchten Wassers sind sinnvll? Das Wasser hat 10 dh. Das Wasser hat 10 C. Das Wasser hat den phwert 10. Das Wasser hat einen Härtegrad zwischen 10 dh und 15 dh. Das Wasser hat den Härtegrad 12,5 dh. BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 5

c. Eberhard whnt in Halbturn. Er hat nicht nur das Leitungswasser vn zu Hause mitgenmmen, sndern auf der Webseite des Wasserleitungsverbandes http://www.wasserleitungsverband.at/ unter dem Stichwrt Wasserqualität nachgesehen, welche Gesamthärte das Wasser in seiner Heimatgemeinde hat. Hle dir die Daten aus dem Internet, die auch Eberhard bekmmen hat. Wie wird der Teststreifen nach der Untersuchung dieses Wassers vermutlich aussehen? Kreuze an! d. Die Verwendung harten Wassers hat einige Nachteile: Wird hartes Wasser erhitzt, s bilden sich Kalkablagerungen. Das führt zu höheren Energieksten und geringerer Lebensdauer der Geräte, wenn man gegen das Verkalken nichts unternimmt. In Industrieanlagen kann es zu Kesselexplsinen kmmen. Kalk im Wasser macht Waschmittel zum Teil unwirksam. Das führt zu erhöhtem Waschmittelverbrauch. Hartes Wasser im Geschirrspüler verursacht Flecken auf den Gläsern. Wenn hartes Wasser als Lösungsmittel verwendet wird, ergeben sich häufig Trübungen, weil die zu lösenden Stffe mit dem Kalk reagieren. Je nach Verwendungszweck des Wassers werden unterschiedliche Verfahren der Wasserenthärtung eingesetzt: Abkchen: Durch Abkchen lässt sich der lösliche Kalk (= Calciumhydrgencarbnat) entfernen. Er wird dabei in unlöslichen Kalk (= Calciumcarbnat) umgewandelt, der sich am Bden des Gefäßes absetzt: Ca( ) 2 => CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Calciumhydrgencarbnat Calciumcarbnat Alle anderen Calcium und Magnesiumverbindungen bleiben im Wasser gelöst. Inentausch: Katinentauscher sind Kunstharze, die an ihrer Oberfläche Inen gebunden haben. Diese können sie gegen andere gleich geladene Inen tauschen. In Geschirrspülern werden Calcium und MagnesiumInen gegen NatriumInen ausgetauscht, die nicht stören. Vn Zeit zu Zeit muss man Natriumchlrid nachfüllen (Regeneriersalz). Die Aninen werden nicht ausgetauscht. BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 6

Es gibt auch Mischbetttauscher, die Katinen gegen Wasserstffinen und Aninen gegen HydrxidInen tauschen. Dadurch sind alle Inenverbindungen entfernt, weil Wasserstffinen und HydrxidInen sich zu Wassermlekülen verbinden. Das auf diese Weise gewnnene Wasser wird als deinisiertes Wasser der kurz als Deinat bezeichnet. Destillieren: Die wirksamste und teuerste Methde. Dabei wird das Wasser vllständig verdampft und der Dampf wieder kndensiert. Alle gelösten Stffe werden dadurch entfernt. Häufig verwendet man an Stelle vn destilliertem Wasser deinisiertes, weil es billiger ist. Einsatz vn Zelithen: Zelithe sind Bestandteil vn Waschmitteln. Sie wirken wie Katinentauscher, werden aber nicht regeneriert, sndern mit der Waschlauge in die Kanalisatin eingeleitet. In den flgenden Darstellungen sind jeweils auf der linken Seite Inen, die im Leitungswasser enthalten sind, und auf der rechten Seite Inen, die das Wasser nach der Enthärtung enthält, angegeben. Gib an, welches Verfahren zur Wasserenthärtung möglicherweise angewendet wurde! (Es können auch mehrere richtig sein.) Inen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Inen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Na + Na + SO 4 2 Ca 2+ Abkchen Katinentauscher Mischbetttauscher Destillieren Zelithe Na + Na + BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 7

Inen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Inen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Ca 2+ Abkchen Katinentauscher Mischbetttauscher Destillieren Zelithe Ca 2+ SO 4 2 Inen im unbehandelten Leitungswasser angewendetes Verfahren (Kreuze an!) Inen nach dem Enthärten des Wassers Ca 2+ SO 4 2 Ca 2+ Abkchen Katinentauscher Mischbetttauscher Destillieren Zelithe BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 8

Aufgabe 2 Geeignete Versuchsanrdnungen Die Schüler/innen der 4E führen Wasseruntersuchungen durch. Die erste Aufgabe besteht darin, einen Strmkreis zu bauen und damit zu untersuchen, welche Wasserprbe (Leitungswasser, Mineralwasser...) am besten elektrischen Strm leitet. Die Schüler/innen sllten auch den Versuchsaufbau zeichnen. Im Flgenden findest du einige dieser Zeichnungen. a. Gib zu jedem Aufbau an, b er für die Untersuchung geeignet ist der nicht! Ja Nein Ja Nein [ BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 9

Ja Nein Ja Nein BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 10

b. Im Flgenden siehst du nch einmal einige ungeeignete Versuchsaufbauten. Begründe jeweils, warum man mit dieser Anrdnung nicht feststellen kann, b das Wasser elektrischen Strm leitet! Diese Anrdnung ist ungeeignet, weil... keine Strmquelle vrhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anrdnung ist ungeeignet, weil... keine Strmquelle vrhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anrdnung ist ungeeignet, weil... keine Strmquelle vrhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anrdnung ist ungeeignet, weil... keine Strmquelle vrhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet Diese Anrdnung ist ungeeignet, weil... keine Strmquelle vrhanden ist das Lämpchen niemals leuchtet das Lämpchen immer leuchtet BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 13

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Aufgabe 3 Elektrische Leitfähigkeit Eine einfache Möglichkeit, die elektrischen Leitfähigkeiten verschiedener Flüssigkeiten zu vergleichen, besteht darin, unter gleichen Bedingungen bei knstanter Spannung Strmstärken zu messen. Jana und Pia haben vier Wasserarten untersucht und die gemessenen Strmstärken in eine Tabelle eingetragen: Art des Wassers Strmstärke [ma] destilliertes Wasser 0 abgekchtes Leitungswasser 8 nrmales Leitungswasser 12 Mineralwasser 22 ma... Milliampere Sie haben allerdings vergessen, welcher Messwert zu welchem Wasser gehört. Die untersuchten Wässer waren: nrmales Leitungswasser abgekchtes Leitungswasser Mineralwasser destilliertes Wasser a. Ordne die Wasserarten den Messwerten zu, indem du sie mit der Maus in die Tabelle ziehst! b. Warum leiten Leitungswasser und Mineralwasser elektrischen Strm? c. Warum leitet abgekchtes Leitungswasser nicht s gut wie nrmales Leitungswasser? BIFIE Wien I Zentrum für Innvatin & Qualitätsentwicklung StellaKleinLöwWeg 15 / Rund Vier B, 2.OG / 1020 Wien / Telefn +4315336214 / Fax 4030 / ffice.wien@bifie.at / www.bifie.at Seite 15