Schulversuchspraktikum Name: Jennifer Kölling Sommersemester: 2012 Klassenstufen: 9/10 Salze
1 Schulversuchspraktikum 1 Auf einen Blick:. Die Thematik der Salze ist sehr umfangreich. Die hier dargestellten Experimente behandeln nur einen kleinen Ausschnitt dessen, was möglich ist. In den Lehrerversuchen werden zwei Möglichkeiten präsentiert, mit denen Salze dargestellt werden können. Die Schülerversuche beziehen sich auf zwei Eigenschaften von Salzen, die Löslichkeit in Form einer Fällungsreaktion, sowie die Leitfähigkeit einer Salzlösung. Inhalt 1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele... 2 2 Schülerversuche... 3 2.1 V 1 Leitfähigkeit von Salzen... 3 2.2 V 2 Fällung von Salzen... 4 3 Lehrerversuche... 6 3.1 V 3 Salzherstellung weißer Rauch... 6 3.2 V 4 Salzherstellung Kristallbildung... 7 4 Reflexion des Arbeitsblattes... 12 4.1 Erwartungshorizont (Kerncurriculum)... 12 4.2 Erwartungshorizont (Inhaltlich)... 12 5 Literaturverzeichnis... 13
1 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele 2 Beschreibung des Themas und zugehörige Lernziele Das Thema Salz wird im Kerncurriculum im Bereich der "Ergänzenden Differenzierung, der in dem Kompetenzbereich Fachwissen genannten Inhalte und Begriffe" auf zweierlei Weise aufgeführt. Zum einen unter dem Thema der Stoffklassen und-gruppen und zweitens im Bereich der Leitfähigkeit. Hierbei wird explizit die Leitfähigkeit der Salze (Feststoffe, Lösungen und Schmelzen) festgehalten. Die SuS haben tagtäglich mit Salzen zu tun. Besonders bewusst wird es den meisten aber nur in Form des Kochsalzes sein, das sie verwenden oder selbiges in Form von Streusalz, das im Winter auf den Schnee gestreut wird. Dass sie im Alltag mit viel mehr Salzen in Berührungen kommen, ist vielen Lernenden nicht bewusst. Salze befinden sich z.b. in Waschmitteln, in Deos, in Backpulver oder aber auch in ihrem Mineralwasser. Den SuS soll bewusst gemacht werden, was Salze sind. In den beiden Lehrerversuchen wird die Darstellung der Salze thematisiert und gezeigt, das Salze auf unterschiedliche Weisen dargestellt werden können. Optional können die SuS auch mit einer für Schüler angemessenen Anleitung selber Salzkristalle herstellen. Diese Kristalle können mit Metallen und deren Aufbau verglichen werden und so Schlüsse aus Struktur-Eigenschafts -Beziehungen schließen, die in diesem Protokoll aber nicht weiter vertieft werden. In den Schülerversuchen werden den SuS zwei Eigenschaften der Salze näher gebracht. In SV1 beschäftigen sie sich, wie im Kerncurriculum vorgesehen mit der Leitfähigkeit von Salzlösungen. SV2 behandelt die Löslichkeit von Salzen, in Form einer Fällungsreaktion. Hierbei gibt es noch viele andere Faktoren, die die Löslichkeit beeinflussen, auf die im Weiteren auch nicht näher eingegangen werden kann..
2 Schülerversuche 3 Schülerversuche Mit diesem Experiment lernen die SuS die Leitfähigkeit von Salz kennen, bzw. die Leitfähigkeit der Ionen. Um dieses Phänomen besser verstehen zu können, ist das Wissen über Ionen notwendig. Wissen über den Aufbau eines Stromkreises ist ebenfalls vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig. 2.1 V 1 Leitfähigkeit von Salzen Gefahrenstoffe Keine Materialien: Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: Becherglas, Porzellanschale, Stromkreis mit Multimeter und Metallelektroden dest. Wasser, Kochsalz (NaCl) 1. Zuerst wird gemäß Abbildung 1 ein Stromkreis aufgebaut. 2. Danach wird die Leitfähigkeit von trockenem Kochsalz getestet. Die Elektroden werden dafür in eine Porzellanschale, die mit Kochsalz gefüllt ist, gehalten. 3. Als nächstes soll die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser gemessen werden. Dazu werden die Elektroden in ein Becherglas gehalten, in das destilliertes Wasser eingefüllt wurde. 4. Anschließend wird das Kochsalz in dem destilliertem Wasser gelöst und danach erneut die Leitfähigkeit gemessen. Das trockene Kochsalz als auch das destillierte Wasser leiten keinen Strom. Kochsalz in destilliertem Wasser gelöst, leiten den Strom.
2 Schülerversuche 4 Abb. 1 - Leitfähigkeitsmessung von Salzwasser Deutung: In Wasser gelöst, dissoziiert das Kochsalz in Natriumionen (Na + ) und Chloridionen (Cl - ). Die Ionen sind unterschiedlich geladen. Wird eine Spannung angelegt, wandern die Ionen entsprechend ihrer Ladung zu den beiden Polen. Die Kationen Na + wandern zum Minus-Pol, die Anionen Cl - zum Plus- Pol. Diese Wanderung erzeugt die elektrische Leitfähigkeit. Entsorgung: Diese ist abhängig von den Elektroden. Eine Versuchsdurchführung mit Kupferelektroden sollte besser im Sammelbehälter für Schwermetalle entsorgt werden. Literatur: (Cornelsen Schulverlage GmbH, 2012) 2.2 V 2 Fällung von Salzen Dieser Versuch behandelt die Löslichkeit von Salzen. Dabei wird die Fällung eines schwerer löslichen Salz vorgenommen. Gefahrenstoffe Silbernitrat H: 272-314-410 P: 273-280-301+330+331-305+351+338-309+310 Materialien: Chemikalien: 2x 100 ml Bechergläser, Pasteurpipette Natriumchlorid (NaCl), wenige Milliliter 0,01M Silbernitrat (AgNO 3), dest. Wasser
2 Schülerversuche Durchführung: 5 Wenige Milligramm Natriumchlorid werden in 50 ml dest. Wasser gelöst. Dann werden wenige Tropfen Silbernitrat dazu getropft. Beobachtung: Ein weißer Niederschlag ist zu erkennen. Abb. 2 - Silberchloridfällung vorher (links) und nacher (rechts) Deutung: Die Silberionen reagieren mit den Chloridionen zu dem schwer löslichen Silberchlorid. Na+(aq)+ Cl- (aq)+ Ag+(aq)+ NO3-(aq) AgCl(s)+ Na+(aq)+ NO3-(aq) Das Löslichkeitsprodukt von Silberchlorid ist höher als das von Natriumchlorid, weshalb es in der Lösung ausfällt. Mit Silbernitrat können Chloridionen in Lösungen nachgewiesen werden. Entsorgung: Die Chemikalien werden im Behälter für Schwermetalle entsorgt. Literatur: - Anmerkung: Die SuS müssen sehr vorsichtig mit dem Silbernitrat umgehen. Didaktischer Hinweis: Die Auswertung muss insofern didaktisch reduziert werden, als dass die Erklärung mittels Löslichkeitsprodukt außen vor gelassen wird. Die Erklärung beschränke sich auf die höhere Affinität des Silberions zum Chlorid im Vergleich zum Natriumion. Allgemeine Hinweise Weitere Experimente: Nachweis von Salzen durch Flammenfärbung: Dabei wird sich auf die spezielle Färbung der Flamme bei der Verbrennung von Alkalimetallen bezogen. Färbt sich die Flamme bei der Ver-
3 Lehrerversuche 6 Lehrerversuche Dieser Demonstrationsversuch zeigt den Schülern eine Darstellung von Salzen, bei der das Salz als Rauch in der Luft auftritt. 3.1 V 3 Salzherstellung weißer Rauch Gefahrenstoffe Salzsäure H: 314-335 Ammoniak H:221-331-314-400 EUH: 071 P: 260-301+330+331-303+361+353-305+351+338-404-501 P: 210-260-280-273- 304+340-303+361+353-305+351+338-315-377-381- 405-403 Materialien: 2 Porzellanschalen Chemikalien: konz. Salzsäure (HCl), konz. Ammoniak (NH 3) Durchführung: Beobachtung: Die Porzellanschalen werden nebeneinander aufgestellt. 5 ml Ammoniak werden in die eine Schale gegeben, 5 ml Salzsäure in die andere. Von den Schalen steigt weißer Rauch auf.
3 Lehrerversuche 7 Abb. 3 - Ammoniumchlorid als Salzrauch Deutung: Zwischen Salzsäure und Ammoniak bildet sich im Gasraum über den Schalen festes Ammoniumchlorid. NH3(g)+ HCl(g) NH4Cl(s) Literatur: (Schmidkunz, 2011), Seite 274. Entsorgung: Die Reste von HCl und NH3 werden im Säure-Base-Behälter entsorgt oder können wieder verwendet werden. Anmerkung: Da in diesem Versuch mit konzentrierter Salzsäure und konzentriertem Ammoniak gearbeitet wird, sollte die Durchführung dem Lehrer überlassen sein. 3.2 V 4 Salzherstellung Kristallbildung Dieser Demonstrationsversuch soll den SuS zeigen, wie schnell Ionenreaktionen und das Wachstum von Kristallen ablaufen können. Zum Verständnis dieses Versuchs sollte das Wissen über Ionen vorausgesetzt sein. Gefahrenstoffe Salzsäure H: 314-335 P: 260-301+330+331303+361+353-305+351+338404-501 Natriumhydroxid H: 314-290 P: 280-301+330+331309+310-305+351+338 Materialien: Petrischale, schwarze Unterlage, 2 Pasteurpipetten
3 Lehrerversuche 8 Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: konz. Salzsäure (HCl), ~40% Natriumhydroxidlösung (NaOH) Die beiden Chemikalien werden gleichzeitig in jeweils eine Pasteurpipette aufgenommen. Danach werden die Salzsäure und die Natriumhydroxidlösung gleichzeitig auf die Petrischale geträufelt, sodass die beiden Chemikalien ineinander laufen können. Sobald sie sich die Salzsäure und die Natriumhydroxidlösung berühren, fällt ein weißer Feststoff aus. Abb. 4: Kochsalz aus HCl und NaOH (Quelle: www.chemieunterricht.de) Deutung: Bei der Reaktion von HCl und NaOH entstehen Kochsalz und Wasser. Der weiße Feststoff ist kristallines Kochsalz. Das Kochsalz schwimmt in einer Flüssigkeit, dem entstehenden Wasser. Schwenkt man die Petrischale, entsteht kein weiteres Kochsalz, woraus sich schließen lässt, dass die Lösungen durch das Wasser zu verdünnt werden, um zu kristallinem Kochsalz zu reagieren. NaOH (l)+ HCl (l) NaCl (s)+ H 2O (l) Entsorgung: Nach mehrmaligen Schwenken in der Petrischale können die Reste dem Abwasser zugeführt werden. Literatur: Verändert nach (Cornelsen Schulverlage GmbH, 2012) Anmerkungen: Der Versuch wird mit konzentrierten Chemikalien durchgeführt, weshalb der Versuch als Lehrerversuch gehandhabt werden sollte. Allgemeine Anmerkungen: Weitere Experimente: Titration: bei der Titration kann die Neutralisationsreaktion thematisiert werden, bei der, am Äquivalenzpunkt, Kochsalz vorliegt. Anschaulicher wird der Versuch, wenn die SuS Leitfähigkeit
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Arbeitsblatt Leitfähigkeit von Salzen Kochsalz befindet sich in jeder Küche und verfeinert jedes Essen. Was aber passiert eigentlich, wenn sich das Salz in Wasser löst? Dient es nur dazu fades Essen schmackhaft zu machen? Um das herauszufinden, wird folgender Versuch durchgeführt: Du brauchst folgendes: Materialien: Becherglas, Porzellanschale, Stromkreis mit Multimeter, und Metallelektroden Chemikalien: Durchführung: Beobachtung: dest. Wasser, Kochsalz (NaCl) Zuerst baust du einen Stromkreis auf. 1. Danach testest du die Leitfähigkeit von trockenem Kochsalz. Die Elektroden werden dafür in eine Porzellanschale, die mit Kochsalz gefüllt ist, gehalten. 2. Als nächstes misst du die Leitfähigkeit von destilliertem Wasser. Dazu werden die Elektroden in ein Becherglas gehalten, in das destilliertes Wasser eingefüllt wurde. 3. Anschließend löst du das Kochsalz in dem destilliertem Wasser und misst danach erneut die Leitfähigkeit. Auswertung: Aufgabe 1: Was passiert bei der Lösung von Kochsalz in Wasser. Stelle eine Reaktionsgleichung dazu auf. Aufgabe 2: Erkläre warum eine Spannung gemessen werden kann, wenn der Strom ein geschaltet wird. (Hinweis: Welche Rolle spielen die Metallelektroden?)
4 Reflexion des Arbeitsblattes 11 Reflexion des Arbeitsblattes Mit diesem Arbeitsblatt sollen sich die SuS über die Leitfähigkeit von Salzen bewusst werden. Vorteilhaft, zum besseren Verständnis dieses Versuchs, ist die Kenntnis über Stromkreise. Sie sollten wissen, dass es einen Plus und einen Minuspol gibt. Des Weiteren ist die Kenntnis über Ionen und die Ionenbindung ebenfalls essentiell, um den Versuch verstehen zu können. Aus ihrem Alltag ist den SuS das Salz meist nur als Speisesalz bekannt, mit dem das Essen gewürzt werden kann. Dieser Versuch zeigt, dass das Kochsalz auch noch andere Eigenschaften besitzt, als nur den Geschmacksinn anzuregen. Die SuS lernen, dass Salze Strom leiten können. Diese Eigenschaft können sie sich eigenständig in Kleingruppen experimentell erarbeiten. Dabei wird neben den handwerklichen Fähigkeiten beim Experimentieren, auch die soziale Kompetenz im Umgang mit Mitschülern gefördert. Sie können dabei üben, wie sie sich selbst in ihrer Gruppe organisieren, um das Experiment zügig, aber auch gewissenhaft durchzuführen. Die Auswertungsaufgabe 1 soll eine Übung im Aufstellen von Reaktionsgleichungen sein. In diesem Fall ist es eine Ionenbildungsreaktion/Dissoziationsreaktion. 4.1 Erwartungshorizont (Kerncurriculum) Fachwissen: Ergänzende Differenzierung im Basiskonzept "Struktur- Eigenschaft": Leitfähigkeit von Salzen (Aufgabe 2) Erkenntnisgewinnung: - Kommunikation: - Bewertung: - 4.2 Erwartungshorizont (Inhaltlich) Beobachtung: siehe SV1 Seite 3 Aufgabe 1: NaCl (s) Na + (aq)+ Cl - (aq) Aufgabe 2: Beim Lösen in Wasser, dissoziiert das Natriumchlorid in Natriumionen und Chloridionen. Die beiden Ionen sind unterschiedlich geladen. Deshalb werden die positiven Ionen vom negativen Pol angezogen und die negativen vom positiven. Durch die Bewegung der Ionen zu den Polen, entsteht die Leitfähigkeit.
5 Literaturverzeichnis 12 Literaturverzeichnis Cornelsen Schulverlage GmbH. (2012). Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie. Abgerufen am 8. 102012 von http://www.chemieunterricht.de/dc2/haus/v186.htm Cornelsen Schulverlage GmbH. (2012). Prof. Blumes Bildungsserver für Chemie. Abgerufen am 8. 102012 von http://www.chemieunterricht.de/dc2/tip/04_98.htm Schmidkunz, H. (2011). Chemische Freihandversuche Band 2. Aulis Verlag.