Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Ein Geben und Nehmen - Redoxreaktionen Schritt für Schritt (Kl. 8/9) Materialien im PDF-Format Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de
2 von 30 4. Redoxreaktionen Schritt für Schritt (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen V Was Sie zum Thema wissen müssen Ein Geben und Nehmen die Redoxreaktion Bei der Reduktions-Oxidations-Reaktion, kurz Redoxreaktion, gibt ein Reaktionspartner Elektronen ab und der andere nimmt sie auf. Man bezeichnet den Reaktionspartner, der die Elektronen abgibt, als Reduktionsmittel und den, der die Elektronen aufnimmt, als Oxidationsmittel. Beide Vorgänge laufen bei der Redoxreaktion parallel ab. Viele Nachweisreaktionen, Verbrennungen und das Lewis-Säure-Base-Konzept basieren auf dieser chemischen Reaktion. Wichtige und bekannte großtechnische Verfahren sind der Hochofenprozess und das Haber-Bosch- Verfahren. Im einführenden Chemieunterricht wird die Redoxreaktion auf die konkret-stoffliche Ebene beschränkt. Man definiert sie über die Sauerstoffaufnahme und -abgabe der Reaktionspartner. Was passiert bei der Oxidation? Antoine Laurent de Lavoisier widerlegte durch eine Reihe von Versuchen die Phlogistontheorie, indem er die Rolle des Sauerstoffs bei einer Verbrennung erkannte. Im Anfangsunterricht wird die Oxidation nach Lavoisier definiert: Die Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert. Die chemisch korrekte Definition wird erst später eingeführt: Die Oxidation ist eine chemische Reaktion, bei der ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen abgibt und sich somit seine Oxidationszahl erhöht. Was passiert bei der Reduktion? Auch die Reduktion wird erst einmal auf der konkret-stofflichen Ebene definiert. Bei der Reduktion wird gebundener Sauerstoff aus einer Verbindung entfernt. Die chemisch korrekte Definition lautet: Die Reduktion ist eine chemische Reaktion, bei der ein Atom, Ion oder Molekül Elektronen aufnimmt und somit seine Oxidationszahl kleiner wird. Energieumsatz bei einer Redoxreaktion Im Zusammenhang mit der Redoxreaktion rückt die Oxidationsreihe der Metalle in das Blickfeld. Das Oxid eines edlen Metalls kann mithilfe eines unedleren Metalls reduziert werden, jedoch vermag ein edleres Metall nie das Oxid eines unedleren Metalls zu reduzieren. Die Zunahme des Reduktionsvermögens steigt mit dem Bindungsbestreben der Metalle zum Sauerstoff. Das bedeutet, je unedler ein Metall, desto höher ist sein Bindungsbestreben zum Sauerstoff und desto höher ist sein Reduktionsvermögen. Je weiter ein unedles Metall (Reduktionsmittel) von einem Metalloxid eines edlen Metalls (Oxidationsmittel) in der Oxidationsreihe entfernt ist, desto heftiger ist die Reaktion zwischen Metall und Metalloxid. Diesem Aspekt ist bei der Auswahl von eigenen Experimenten große Gewichtung beizumessen. Das Mineral Tenorit ein Kupferlieferant In der Kriminalgeschichte M 1 kommt das Mineral Tenorit als Kupferlieferant vor. Chemisch gesehen handelt es sich dabei um Kupfer(II)-oxid (CuO), das in kristalliner Form als grauschwarzes Mineral auch unter dem Namen Kupferschwärze bekannt ist. Der nach seinem Entdecker Michele Tenore benannte Stoff wird als Pigment zur Blaufärbung von Glas verwendet. Allerdings ist der in der Einstiegsgeschichte dargestellte Sachverhalt didaktisch aufbereitet und entspricht nicht dem wirklichen Färbeprozess. Auch die Mengenverhältnisse entsprechen nicht der Wirklichkeit. Vorschläge für Ihre Unterrichtsgestaltung Es bietet sich an, diese Unterrichtseinheit an die Unterrichtseinheit zur Reduktion anzuschließen, da sie direkt auf das damit verbundene Fachwissen aufbaut.
V Chemische Reaktionen 4. Redoxreaktionen Schritt für Schritt (Kl. 8/9) 3 von 30 Voraussetzungen der Lerngruppe Ihre Schülerinnen und Schüler* sollten die folgenden Voraussetzungen mitbringen: Der Reduktionsbegriff sollte gefestigt sein. Sie sollten die Oxidationsreihe der Metalle kennen. Sie sollten das Prinzip der geschlossenen Versuchsapparatur kennen, da dieses die Voraussetzung zur Überprüfung der Hypothese zum Tod des Alchemisten ist. Es sollte ihnen die Kalkwasserprobe als Nachweis für Kohlenstoffdioxid bekannt sein. Sie sollten etwas über die Alchemie als Vorläufer der Chemie wissen; auch über den Beruf des Alchemisten und dessen ständigen Versuch, das Rezept für Gold zu entdecken. * Im weiteren Verlauf wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit nur Schüler verwendet. Aufbau der Unterrichtseinheit Der Einstieg in die Unterrichtseinheit erfolgt mit Farbfolie M 1, auf der ein Kriminalfall aus dem Mittelalter dargestellt ist, welcher die Schüler dazu motiviert, den Reaktionsprozess, der zum Tode eines Alchemisten führte, genau zu analysieren. Die Schüler arbeiten selbstständig in Vierergruppen, wobei ein Placemat M 2 den Gedankenaustausch innerhalb einer Gruppe unterstützt. Die Anleitung dazu finden Ihre Schüler auf dem Arbeitsblatt M 3 Placemat so geht s!/tippkarten. Die Tippkarten helfen bei der Ideenfindung zu ihrer Hypothese. Die Versuchsanleitung M 4 stellt eine Hilfestellung zur Planung eines Versuchs dar, der die Hypothese der Arbeitsgruppe beweisen soll. In der Folgestunde führen Ihre Schüler den von ihnen ausgearbeiteten Versuch durch. Im Rahmen seiner Auswertung, die mit Unterstützung des Versuchsprotokolls M 5 stattfindet, erschließen die Arbeitsgruppen den Reaktionsmechanismus. Der chemische Sachverhalt wird mit dem Arbeitsblatt M 6 gesichert und auf den Kriminalfall übertragen. Dass der Energieumsatz bei Redoxreaktionen ganz unterschiedlich ist, erfahren Ihre Schüler in einer kleinen Versuchsreihe, die die Arbeitsgruppen selbstständig mithilfe der Versuchsanleitung M 7 durchführen. Der Zusammenhang zwischen der Oxidationsreihe der Metalle und dem Energieumsatz einer Redoxreaktion wird mit Unterstützung des Auswertungsbogens M 8 erschlossen. Das Puzzle M 9 sichert den Reaktionsablauf der beiden Redoxreaktionen. Anhand von Versuch M 10 lernen Ihre Schüler ein weiteres Beispiel für eine Redoxreaktion zwischen Metall-/Nichtmetallverbindungen kennen. Zur Auswertung des Versuchs steht der Auswertungsbogen M 11 zur Verfügung. Eine abschließende Wiederholung und Sicherung der Inhalte der Unterrichtseinheit stellt das Quiz M 12 dar. Üben Angebote zur Differenzierung Die Tippkarten M 3 unterstützen schwächere Arbeitsgruppen dabei, Hypothesen, die sich aus der Farbfolie M 1 ergeben, aufzustellen und das dazugehörige Experiment zu planen. Arbeitsblatt M 6 kann von schnelleren Gruppen bearbeitet werden, die den Versuch M 4 durchgeführt und das dazugehörige Versuchsprotokoll M 5 schon ausgefüllt haben. Was nicht im Unterricht geschafft wurde, wird als Hausaufgabe aufgegeben. Ideen für die weitere Arbeit Der Reaktionsmechanismus der Redoxreaktion ist grundlegend für das Verständnis der Prozesse bei der Eisenverhüttung. Der Hochofenprozess ist ein technisches Verfahren, bei dem das im Rahmen dieser Einheit erarbeitete chemische Grundwissen Anwendung findet. Es bietet sich also an, anschließend an diese Einheit den Bogen vom Chemieunterricht der Schule zu diesem großtechnischen Verfahren zu schlagen. Ein weiterer interessanter Abstecher in die technische Anwendung chemischer Sachverhalte
4 von 30 4. Redoxreaktionen Schritt für Schritt (Kl. 8/9) Chemische Reaktionen V ist das Thermitverfahren, bei dem mithilfe einer Redoxreaktion Bahnschienen miteinander verschweißt werden. Hier kann besonders der Energieumsatz fokussiert werden. Ein für die Schüler alltäglicher Sachverhalt, bei dem die Redoxreaktion eine zentrale Rolle spielt, ist die Korrosion, also beispielsweise das Rosten der Fahrräder. Auch dieses Thema lässt sich gut im Anschluss thematisieren. Diese Kompetenzen trainieren Ihre Schüler Die Schüler... sind in der Lage, Redoxreaktionen anhand des Übergangs eines Sauerstoffatoms zu erkennen. können sowohl die Oxidation als auch die Reduktion dem Anfängerunterricht entsprechend definieren. können Phänomene der Stoffumwandlung bei chemischen Reaktionen beschreiben und deuten. können Fragestellungen, die durch chemische Experimente zu beantworten sind, erkennen und entwickeln. sind in der Lage, chemische Sachverhalte unter Verwendung der Fachsprache zu erklären. können chemische Sachverhalte mithilfe von Modellen und Darstellungen veranschaulichen. sind in der Lage, geeignete Untersuchungen zur Überprüfung von Vermutungen und Hypothesen zu planen. sind in der Lage, im Team zu arbeiten und zielführend zu diskutieren. Medientipps Literatur Häusler, Karl u. a.: Experimente für den Chemieunterricht. Oldenbourg Verlag. München 1995. S. 99 102 (Redoxvorgänge stofforientiert); 107 110 (Allgemeiner Redox-Begriff) Ein Buch mit Hilfestellungen zum Umgang mit gefährlichen Stoffen, nützlichen Tipps und Hinweisen zur Durchführung von Versuchen, deren Aufbau sowie die Entsorgung der Reaktionsprodukte. Internetadressen www.seilnacht.com à Lexikon à Chemielexikon à Reduktion (Experimente) Hier finden Sie ein nettes Beispiel zur Oxidationsreihe der Metalle: Anhand eines Hundes und seines Knochens wird das Bindungsbestreben eines Metalls zu Sauerstoff veranschaulicht. Außerdem finden Sie eine Anleitung für einen Versuch zum Thermitverfahren und weitere Informationen zu Reduktion und Oxidation mit entsprechenden Versuchen.
Unterrichtsmaterialien in digitaler und in gedruckter Form Auszug aus: Ein Geben und Nehmen - Redoxreaktionen Schritt für Schritt (Kl. 8/9) Materialien im PDF-Format Das komplette Material finden Sie hier: School-Scout.de