Chemie Stand: September 2017 - gymnasium-erwitte.de · In der Oberstufe sind die Unterrichtseinheiten in der Regel als Doppelstunden und / oder ... Raum) mit den anderen beiden Naturwissenschaften

Städtisches Gymnasium Erwitte (SGE) Schulinterner Lehrplan zum Kernlehrplan für die gymnasiale Oberstufe

Chemie

Yens

Schreibmaschinentext

Stand: September 2017

2

Inhalt

Seite

1 Die Fachgruppe Chemie am SGE 3 2 Entscheidungen zum Unterricht 5 2.1 Unterrichtsvorhaben 5 2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben 7 2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase 14 2.1.3. Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase GK / LK 34 2.2. Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit 74 2.3. Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung 76 2.4. Lehr- und Lernmittel 78 3 Entscheidungen zu fach- und unterrichtsübergreifenden

Fragen 79 4 Qualitätssicherung und Evaluation 80

3

1 Die Fachgruppe Chemie am SGE

Das Städtische Gymnasium Erwitte (SGE) ist eine mittelgroße Schule mit ca. 750 Schüle-rinnen und Schülern (SuS) und befindet sich im ländlichen Raum mit guter Verkehrsan-bindung zu den nahe gelegenen Städten Lippstadt und Soest, die Stadt Dortmund ist über die nahe gelegene Autobahn ebenfalls gut erreichbar.

Das Einzugsgebiet der Schule umfasst die Stadt Erwitte sowie die Gemeinde Anröchte inkl. der jeweils zugehörigen Ortsteile. Vereinzelt kommen die SuS auch aus den umlie-genden Städten bzw. Gemeinden Geseke, Rüthen, Warstein und Lippstadt.

Die Fachgruppe Chemie besteht derzeit (Schuljahr 2016/2017) aus sechs Kolleginnen und Kollegen.

Diese überaus gute Lehrerbesetzung der Schule ermöglicht einen laut Stundentafel ord-nungsgemäßen Fachunterricht in der Sekundarstufe I, der in den Jahrgangsstufen 7, 8 und 9 in jeweils beiden Halbjahren mit zwei Wochenstunden stattfindet. Die Sek. I ist am SGE in der Regel drei- oder vierzügig.

Die Unterrichtseinheiten sind in der Regel als Doppelstunden (90 Min.), vereinzelt aber auch als Einzelstunden (45 Min.) organisiert1. Insbesondere die Doppelstunden bieten sich für die Planung, Durchführung und Auswertung von Schülerexperimenten in Klein-gruppen besonders an.

Darüber hinaus gibt es in der Jahrgangsstufe 8 und 9 Wahlpflichtkurse mit naturwissen-schaftlichem Schwerpunkt.

Die Schule ist seit 2010 im gebundenen Ganztag2; in dessen Rahmen besteht für die Schülerinnen und Schüler die Möglichkeit, Wahlangebote mit naturwissenschaftlichem Schwerpunkt zu belegen.

In der Oberstufe sind durchschnittlich ca. 80 bis 100 Schülerinnen und Schüler pro Jahr-gangsstufe. Das Fach Chemie findet in der Regel in der Einführungsphase mit ein bis zwei Grundkursen, in der Qualifikationsphase mit je einem Grundkurs pro Jahrgangsstufe statt.

In der Oberstufe sind die Unterrichtseinheiten in der Regel als Doppelstunden und / oder Einzelstunden organisiert:

1 nähere Infos zur Stundentafel sind im Schulprogramm des SGE unter Pkt. 2.2. zu finden.

2 nähere Infos zum gebundenen Ganztag sind dem Schulprogramm des SGE, Pkt. 4 zu entneh-

men.

4

Im Grundkurs in der Oberstufe gibt es entweder wöchentlich eine Doppelstunde und alle zwei Wochen eine Doppelstunde, oder je eine Doppel- und Einzelstunde pro Woche. Die Leistungskurse finden wöchentlich mit zwei Doppelstunden und entweder einer Einzel-stunde pro Woche oder einer Doppelstunde alle zwei Wochen statt.

Dem Fach Chemie steht ein Fachraum (Chemie-Übungsraum) mit angeschlossener Gerä-te- und Chemikaliensammlung zur Verfügung.

Der Fachraum verfügt über 32 Arbeitsplätze, je vier Arbeitsplätze teilen sich Gas-, Was-ser- und Elektroanschluss, so dass Schülerexperimente in Partner- oder Gruppenarbeit (2, 3 oder 4 Schülerinnen und Schüler) möglich sind. Darüber hinaus ist der Fachraum mit OHP-Projektor, TV-Gerät und DVD-Player ausgestattet.

Die Ausstattung der Chemiesammlung mit Geräten und Materialien für Demonstrations- und für Schülerexperimente ist gut, die vom Schulträger darüber hinaus bereitgestellten Mittel reichen für das Erforderliche aus.

Darüber hinaus teilt sich die Chemie einen naturwissenschaftlichen Arbeitsraum (NaWi-Raum) mit den anderen beiden Naturwissenschaften (Biologie und Physik). Dieser Fachraum verfügt ebenfalls über 32 Schülerarbeitsplätze mit Gas- Elektro- und EDV-Anschluss, so dass die Rahmenbedingungen für Schülerexperimente ähnlich sind wie im Chemie-Übungsraum. Darüber hinaus verfügt der NaWi-Raum über ein stationäres Lap-top, Soundanlage sowie ein SmartBoard mit fest installiertem Beamer.

Gelegentlich findet der Chemieunterricht aber auch in einem der beiden Biologie- bzw. Physik-Fachräume statt. Bei der Raumbelegung wird aber darauf geachtet, dass der Chemieunterricht bevorzugt im Chemie-Übungsraum bzw. NaWi-Raum stattfindet.

Die Schülerinnen und Schüler der Schule nehmen gelegentlich an Wettbewerben wie „Chemie entdecken“ oder „Jugend forscht/Schüler experimentieren“ teil.

Die Schule hat sich vorgenommen, das Experimentieren in allen Jahrgangsstufen beson-ders zu fördern.

Lehrbücher für den Chemieunterricht in der Sek. II sind die Lehrwerke aus der Reihe „Chemie 2000plus“ (Buchner-Verlag), jeweils die Teilbände für die Einführungsphase bzw. Qualifikationsphase.

Es besteht eine Kooperation zwischen der Schule und der örtlichen Zementindustrie, ins-besondere der Fa. Spenner Zement. Dort können Schülerinnen und Schüler der Schule Berufsorientierungspraktika (Jgst. EF) leisten, auch Besichtigungen des Betriebs durch Schülerinnen und Schüler (insbesondere EF) sind fester Bestandteil der Zusammenarbeit (siehe auch Schulkonzept zur Studien- und Berufsorientierung).

Darüber hinaus besteht eine Kooperation mit der Fa. Hoppecke in Brilon.

5

2 Entscheidungen zum Unterricht

2.1 Unterrichtsvorhaben

Die Darstellung der Unterrichtsvorhaben im schulinternen Lehrplan besitzt den Anspruch und das Ziel, sämtliche im Kernlehrplan angeführten Kompetenzen abzudecken. Dies entspricht der Verpflichtung jeder Lehrkraft, alle Kompetenzerwartungen des Kernlehr-plans bei den Lernenden auszubilden und zu entwickeln.

Die entsprechende Umsetzung erfolgt auf zwei Ebenen: der Übersichts- und der Konkreti-sierungsebene.

Im „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.1) wird die für alle Lehrerinnen und Lehrer gemäß Fachkonferenzbeschluss verbindliche Verteilung der Unterrichtsvorhaben dargestellt. Das Übersichtsraster dient dazu, den Kolleginnen und Kollegen einen schnel-len Überblick über die Zuordnung der Unterrichtsvorhaben zu den einzelnen Jahrgangs-stufen sowie den im Kernlehrplan genannten Kompetenzen, Inhaltsfeldern und inhaltli-chen Schwerpunkten zu verschaffen. Um Klarheit für die Lehrkräfte herzustellen und die Übersichtlichkeit zu gewährleisten, werden in der Kategorie „Kompetenzen“ an dieser Stelle nur die übergeordneten Kompetenzerwartungen ausgewiesen, während die konkre-tisierten Kompetenzerwartungen erst auf der Ebene konkretisierter Unterrichtsvorhaben Berücksichtigung finden. Der ausgewiesene Zeitbedarf versteht sich als grobe Orientie-rungsgröße, die nach Bedarf über- oder unterschritten werden kann.

Um Spielraum für Vertiefungen, besondere Schülerinteressen, aktuelle Themen bzw. die Erfordernisse anderer besonderer Ereignisse (z.B. Praktika, Kursfahrten) zu erhalten, wurden im Rahmen dieses schulinternen Lehrplans nur ca. 75 Prozent der Bruttounter-richtszeit verplant. Als 75 % wurden für die Einführungsphase 90 Unterrichtsstunden, für den Grundkurs in der Q1 ebenfalls 90 und in der Q2 60 Stunden und für den Leistungs-kurs in der Q1 150 und für Q2 90 Unterrichtsstunden zugrunde gelegt.

Während der Fachkonferenzbeschluss zum „Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben“ zur Gewährleistung vergleichbarer Standards sowie zur Absicherung von Lerngruppenüber-tritten und Lehrkraftwechseln für alle Mitglieder der Fachkonferenz Bindekraft entfalten soll, besitzt die exemplarische Ausweisung „konkretisierter Unterrichtsvorhaben“ (Kapitel 2.1.2) empfehlenden Charakter. Referendarinnen und Referendaren sowie neuen Kolle-ginnen und Kollegen dienen diese vor allem zur standardbezogenen Orientierung in der neuen Schule, aber auch zur Verdeutlichung von unterrichtsbezogenen fachgruppeninter-nen Absprachen zu didaktisch-methodischen Zugängen, fächerübergreifenden Kooperati-onen, Lernmitteln und -orten sowie vorgesehenen Leistungsüberprüfungen, die im Einzel-nen auch den Kapiteln 2.2 bis 2.4 zu entnehmen sind. Abweichungen von den vorge-schlagenen Vorgehensweisen bezüglich der konkretisierten Unterrichtsvorhaben sind im Rahmen der pädagogischen Freiheit der Lehrkräfte jederzeit möglich. Sicherzustellen bleibt allerdings auch hier, dass im Rahmen der Umsetzung der Unterrichtsvorhaben ins-gesamt alle Kompetenzen des Kernlehrplans Berücksichtigung finden.

7

2.1.1 Übersichtsraster Unterrichtsvorhaben

Einführungsphase

Unterrichtsvorhaben I:

Kontext: Mehr als Graphit und Diamant – Erscheinungsformen des Kohlenstoffs

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

UF4 Vernetzung

E6 Modelle

E7 Arbeits- und Denkweisen

K3 Präsentation

Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen

Inhaltlicher Schwerpunkt:

Nanochemie des Kohlenstoffs

Kohlenwasserstoffe

Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45min

Unterrichtsvorhaben II:

Kontext: Vom Alkohol zum Aromastoff


UF2 Auswahl

UF3 Systematisierung

E2 Wahrnehmung und Messung

E4 Untersuchungen und Experimente

K2 Recherche

K3 Präsentation

B1 Kriterien

B2 Entscheidungen



Organische (und anorganische) Kohlenstoffverbindungen

Zeitbedarf: ca. 42 Std. à 45 min

Unterrichtsvorhaben III:

Kontext: Kalk in Natur, Technik und Haushalt


UF1 Wiedergabe


E3 Hypothesen

E5 Auswertung

K1 Dokumentation



Gleichgewichtsreaktionen


Unterrichtsvorhaben IV:

Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima – Die Bedeutung der Ozeane


E1 Probleme und Fragestellungen


K4 Argumentation

B3 Werte und Normen

B4 Möglichkeiten und Grenzen


Inhaltliche Schwerpunkte:

(Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen


Stoffkreislauf in der Natur


Summe Einführungsphase: 90 Stunden

7

Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS

Unterrichtsvorhaben I

Kontext: Vom Rost zum Strom: Energie für Taschenlampe und Mobiltele-fon



UF4 Vernetzung



E6 Modelle

K2 Recherche

B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie


Mobile Energiequellen

Zeitbedarf: ca. 22 Stunden à 45 Minuten


Kontext: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle


UF2 Auswahl

E6 Modelle

E7 Vernetzung

K1 Dokumentation

K4 Argumentation

B1 Kriterien

B3 Werte und Normen

Inhaltsfeld: Elektrochemie



Elektrochemische Gewinnung von Stoffen



Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

UF1 Wiedergabe


E6 Modelle

B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt:

Korrosion Zeitbedarf: ca. 6 Stunden à 45 Minuten


Kontext: Auf Spurensuche: Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen in Alltagsprodukten


UF1 Wiedergabe



E5 Auswertung

K1 Dokumentation

K2 Recherche

Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren


Eigenschaften und Struktur von Säuren und Basen

Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen

Zeitbedarf: ca. 12 Std. à 45 Minuten

8

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Mit Säuren dem Kalk an die Kruste: Starke und schwache Säuren und Basen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

UF2 Auswahl



B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte:



Zeitbedarf: 12 Std. à 45 Minuten

Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:


UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen

E 4 Untersuchungen und Experimente

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt:

Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 20 Stunden à 45 Minuten

Summe Qualifikationsphase (Q1) – GRUNDKURS: 90 Stunden

9

Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS


Kontext: Wenn das Erdöl zu Ende geht


UF4 Vernetzung



K3 Präsentation

B3 Werte und Normen

B4 Möglichkeiten und Grenzen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt:



Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen


UF2 Auswahl

UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen


E5 Auswertung

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe


Organische Verbindungen und Reaktionswege

Organische Werkstoffe



Kontext: Bunte Kleidung


UF1 Wiedergabe


E6 Modelle


K3 Präsentation


Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 26 Stunden à 45 Minuten

Summe Qualifikationsphase (Q2) – GRUNDKURS: 60 Stunden

10

Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS

Unterrichtsvorhaben I

Kontext: Vom Rost zum Strom: Energie für Taschenlampe und Mobiltele-fon



UF4 Vernetzung



E6 Modelle

K2 Recherche

B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie







UF2 Auswahl

E6 Modelle

E7 Vernetzung

K1 Dokumentation

K4 Argumentation

B1 Kriterien

B3 Werte und Normen







Kontext: Korrosion vernichtet Werte Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

UF1 Wiedergabe


E6 Modelle

B2 Entscheidungen Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltlicher Schwerpunkt:

Korrosion Zeitbedarf: ca. 10 Stunden à 45 Minuten




UF1 Wiedergabe



E5 Auswertung

K1 Dokumentation

K2 Recherche






11

Unterrichtsvorhaben V: Kontext: Mit Säuren dem Kalk an die Kruste: Starke und schwache Säuren und Basen Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:

UF2 Auswahl



B1 Kriterien Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte:




Unterrichtsvorhaben VI: Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen:


UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen

E 4 Untersuchungen und Experimente

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltlicher Schwerpunkt:


Summe Qualifikationsphase (Q1) – LEISTUNGSKURS: 150 Stunden

12

Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS




UF4 Vernetzung



K3 Präsentation

B3 Werte und Normen






UF2 Auswahl

UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen


E5 Auswertung

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe



Organische Werkstoffe





UF1 Wiedergabe


E6 Modelle


K3 Präsentation


Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 26 Stunden à 45 Minuten

Summe Qualifikationsphase (Q2) – LEISTUNGSKURS: 90 Stunden

13

2.1.2 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Einführungsphase EF

Einführungsphase – Unterrichtsvorhaben I Kontext: Mehr als Graphit und Diamant – Erscheinungsformen des Kohlenstoffs Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modi-fizieren und reorganisieren (UF4).

Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung:

Modelle begründet auswählen und zur Beschreibung, Erklärung und Vorhersage che-mischer Vorgänge verwenden, auch in einfacher formalisierter oder mathematischer Form (E6).

an ausgewählten Beispielen die Bedeutung, aber auch die Vorläufigkeit naturwissen-schaftlicher Regeln, Gesetze und Theorien beschreiben (E7).

Kompetenzbereich Kommunikation:

chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht so-wie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstellen (K3).

Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltlicher Schwerpunkt:


Kohlenwasserstoffe Zeitbedarf: ca. 8 Std. à 45 Minuten

14

Einführungsphase – Unterrichtsvorhaben I

Kontext: Mehr als Graphit und Diamant – Erscheinungsformen des Kohlenstoffs




Kohlenwasserstoffe Zeitbedarf: 8 Std. à 45 Minuten


UF4 Vernetzung

E6 Modelle


K3 Präsentation

Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft

Sequenzierung inhalt-licher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ...

Lehrmittel/ Materialien/ Metho-den

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmer-kungen

Graphit, Diamant und mehr

Modifikation

Elektronenpaar-bindung

Strukturformeln

nutzen bekannte Atom- und Bindungsmo-delle zur Beschreibung organischer Mole-küle und Kohlenstoffmodifikationen (E6). stellen anhand von Strukturformeln Ver-mutungen zu Eigenschaften ausgewählter Stoffe auf und schlagen geeignete Expe-rimente zur Überprüfung vor (E3). erläutern Grenzen der ihnen bekannten Bindungsmodelle (E7). beschreiben die Strukturen von Diamant und Graphit und vergleichen diese mit neuen Materialien aus Kohlenstoff (u.a. Fullerene) (UF4).

1. Test zur Selbsteinschätzung: Atombau, Periodensystem; Bin-dungslehre, Kohlenstoffatom, Kohlenwasser-stoffe

Bindungsarten, Formelty-pen, Molekülmodelle (S. 24, 25, 26, 78, 86, 133, 135)

2. Gruppenarbeit: „Graphit, Diamant und Fullerene“

Diamant, Graphit, Nano-Kohlenstoff (S. 130,131)

Kohlenstoff-Atomgerüst (S. 33)

Der Einstieg dient zur Angleichung der Kenntnisse zur Bindungslehre, ggf. muss Zusatzmaterial zur Verfü-gung gestellt werden. Beim Graphit und beim Fulleren werden die Grenzen der einfachen Bindungsmodelle deutlich. (Ach-tung: ohne Hybridisierung!)

15

Nanomaterialien

Nanotechnologie

Neue Materialien

Anwendungen

Risiken

recherchieren angeleitet und unter vorge-gebenen Fragestellungen Eigenschaften und Verwendungen ausgewählter Stoffe und präsentieren die Rechercheergebnis-se adressatengerecht (K2, K3). stellen neue Materialien aus Kohlenstoff vor und beschreiben deren Eigenschaften (K3). bewerten an einem Beispiel Chancen und Risiken der Nanotechnologie (B4).

1. Recherche: Neue Materialien aus Kohlenstoff und Probleme der Nanotechnolo-gie, z.B. Kohlenstoff-Nanotubes in Verbundmaterialien zur Verbesse-rung der elektrischen Leitfähigkeit in Kunststoffen. - Aufbau - Herstellung - Verwendung - Risiken - Besonderheiten

C61-Nanokohlenstoff (S. 156, 157)

2.Präsentation: Z.B. Poster, Museumsgang Die Präsentation ist nicht auf Mate-rialien aus Kohlenstoff beschränkt.

Unter vorgegebenen Rechercheauf-trägen können die Schülerinnen und Schüler selbstständig Fragestellun-gen entwickeln. (Niveaudifferenzie-rung, individuelle Förderung) Die Schülerinnen und Schüler er-stellen Lernplakate in Gruppen, beim Museumsgang hält jeder / jede einen Kurzvortrag.

Kohlenwasserstoffe

Stoffklassen

Struktur und Darstel-lung

Nomenklatur

homologe Reihe

Eigenschaften

erklären an Verbindungen aus den Stoff-klassen der Alkane und Alkene das Koh-lenstoff-Kohlenstoff-Verknüpfungsprinzip (UF2) beschreiben den Aufbau der homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüst-isomerie und Positionsisomerie) am Bei-spiel der Alkane (UF1, UF3) wählen bei der Darstellung chemischer Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3)

1. Recherche Molekülgerüste in Kohlenwasser-stoff-Molekülen (S. 77 ff) Homologe Reihen (S. 26,79) Verschiedene Formeltypen (S. 26, 27, 39, 66, 80, 81, 133, 135)

Die Schülerinnen und Schüler ler-nen die Vielfalt der Kohlenstoffver-bindungen kennen, die Informatio-nen sind Grundlage für den Einstieg in das Unterrichtsvorhaben II.

16

Diagnose von Schülerkonzepten:

Selbstevaluationsbogen zur Bindungslehre

Leistungsbewertung:

Präsentation zu Nanomaterialien in Gruppen

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Eine Gruppenarbeit zu Diamant, Graphit und Fullerene findet man auf den Internetseiten der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich: http://www.educ.ethz.ch/unt/um/che/ab/graphit_diamant, Zum Thema Nanotechnologie sind zahlreiche Materialien und Informationen veröffentlicht worden, z.B.:

FCI, Informationsserie Wunderwelt der Nanomaterialien (inkl. DVD und Experimente)

Klaus Müllen, Graphen aus dem Chemielabor, in: Spektrum der Wissenschaft 8/12

Sebastian Witte, Die magische Substanz, GEO kompakt Nr. 31 http://www.nanopartikel.info/cms http://www.wissenschaft-online.de/artikel/855091 http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/nanotechnologie/1191771

http://www.educ.ethz.ch/unt/um/che/ab/graphit_diamant

http://www.nanopartikel.info/cms

http://www.wissenschaft-online.de/artikel/855091

http://www.wissenschaft-schulen.de/alias/material/nanotechnologie/1191771

17

Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben II


Basiskonzepte (Schwerpunkt):

Basiskonzept Struktur – Eigenschaft,

Basiskonzept Donator - Akzeptor


Die Schülerinnen und Schüler können

Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswäh-

len und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden (UF2).

die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche

Strukturen begründen (UF3).


kriteriengeleitet beobachten und erfassen und gewonnene Ergebnisse frei von eigenen

Deutungen beschreiben (E2).

unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen

und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4).


in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungs-

bezogene Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten

(K2).

chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht so-

wie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten

darstellen (K3).

Kompetenzbereich Bewertung:

bei Bewertungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammenhängen Bewer-

tungskriterien angeben und begründet gewichten (B1).

für Bewertungen in chemischen und anwendungsbezogenen Zusammenhängen

kriteriengeleitet Argumente abwägen und einen begründeten Standpunkt beziehen

(B2).





18

Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben II





Zeitbedarf: 42 Std. a 45 Minuten


UF1 – Wiedergabe

UF2 – Auswahl

UF3 – Systematisierung

E2 – Wahrnehmung und Messung

E4 – Untersuchungen und Experimente

K2 – Recherche

K3 – Präsentation

B1 – Kriterien

B2 – Entscheidungen

Basiskonzepte (Schwerpunkte):

Basiskonzept Struktur-Eigenschaft

Basiskonzept Donator-Akzeptor

Sequenzierung inhaltli-

cher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler...

Empfehlungen: Lehrmittel/

Materialien/ Methoden

Verbindliche Absprachen

Didaktisch-methodische Anmer-

kungen

Organische Stoffe in

der Natur - Isolierung

von natürlichen

Aromastoffen und alko-

holische Gärung

Kohlenstoffverbindungen

planen unter Beachtung von Sicherheits-

vorschriften einfache Experimente und

führen diese durch und beachten dabei

mögliche Fehler (E4)

Test zur Eingangsdiagnose

Mind Map

Diagnose: Fachbegriffe aus der S I: funktionelle Gruppen, Hydroxylg-ruppe, intermolekulare Wechselwir-kungen, Redoxreaktionen, Elektro-nendonator / -akzeptor, Elektrone-gativität, Säure, saure Lösung. Nach Auswertung des Tests:

Bereitstellung von Fördermaterial zur Wiederholung an entspre-chenden Stellen in der Unterrichts-sequenz.

19

Ordnung schaffen:

Einteilung organischer

Verbindungen in

Stoffklassen

Alkane und Alkohole

als Lösemittel

Löslichkeit

funktionelle Gruppe

intermolekulare

Wechselwirkungen:

van der-Waals-Kräfte

und Wasserstoffbrü-

cken

homologe Reihe und physikalische Eigen-schaften

Nomenklatur nach

IUPAC

Formelschreibweise:

Verhältnis-, Summen-,

Strukturformel

Verwendung ausge-wählter Alkohole

nutzen bekannte Atom- und Bindungsmo-delle zur Beschreibung organischer

Molekule und Kohlenstoffmodifikationen (E6).

benennen ausgewählte organische Ver-bindungen mithilfe der Regeln der syste-matischen Nomenklatur (IUPAC) (UF3).

ordnen organische Verbindungen auf-grund ihrer funktionellen Gruppen in Stoffklassen ein (UF3).

erklären an Verbindungen aus den Stoff-klassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2).

beschreiben den Aufbau einer homologen

Reihe und die Strukturisomerie (Gerüst- isomerie und Positionsisomerie) am Bei-spiel der Alkane und Alkohole.(UF1, UF3)

erläutern ausgewählte Eigenschaften or-ganischer Verbindungen mit Wechselwir-kungen zwischen den Molekülen (u.a. Wasserstoffbrücken, van-der-WaalsKräfte) (UF1, UF3).

beschreiben und visualisieren anhand geeigneter Anschauungsmodelle die Strukturen organischer Verbindungen (K3). wählen bei der Darstellung chemischer

S-Exp.:

• Löslichkeit von Alkoholen und Alkanen in verschiedenen Lö-semitteln.

Arbeitspapiere:

• Nomenklaturregeln und -übungen

• intermolekulare Wechselwir-kungen.

S-Exp.:

• Oxidation von Propanol mit Kupferoxid

• Oxidationsfähigkeit von primä-

ren, sekundären und tertiären

Alkanolen, z.B. mit KMnO4 .

Gruppenarbeit:

Darstellung von Isomeren mit Mole-külbaukästen.

S-Exp.:

Lernzirkel Carbonsäuren.

Wiederholung: Elektronegativität,

Atombau, Bindungslehre,

intermolekulare Wechselwirkun-

gen

Wiederholung: Säuren und saure

Lösungen.

20

Alkanale, Alkanone und

Carbonsäuren – Oxida-

tionsprodukte der

Alkanole

Oxidation von

Propanol

Unterscheidung pri-

märer, sekundärer

und tertiärer Alkanole

durch ihre

Oxidierbarkeit

Gerüst- und Positions-

isomerie am Bsp. der

Propanole

Molekülmodelle

Homologe Reihen der

Alkanale, Alkanone

und Carbonsäuren

Nomenklatur der Stoffklassen und funk-tionellen Gruppen

Eigenschaften und Verwendungen

Sachverhalte die jeweils angemessene Formelschreibweise aus (Verhältnisformel, Summenformel, Strukturformel) (K3).

beschreiben den Aufbau einer homologen Reihe und die Strukturisomerie (Gerüst-isomerie und Positionsisomerie) am Bei-spiel der Alkane und Alkohole.(UF1, UF3)

Alkohol im menschli-chen Körper

Ethanal als Zwischen-

produkt der Oxidation

Nachweis der

Alkanale

dokumentieren Experimente in angemes-sener Fachsprache (u.a. zur Untersu-chung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen

Gruppenarbeit

Wirkung von Alkohol

Wiederholung: Redoxreaktionen

21

Biologische Wirkun-gen des Alkohols

Berechnung des Blut-alkoholgehaltes

Alkotest mit dem

Drägerröhrchen

(fakultativ)

Kreislaufs). (K1)

zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter

Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, ge-wichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2).

S-Exp: Fehling-Probe

Wenn Wein umkippt

Oxidation von Ethanol zu Ethansäure

Aufstellung des

Redoxschemas unter

Verwendung von

Oxidationszahlen

Regeln zum Aufstellen von Redoxschemata

erklären die Oxidationsreihen der Alkohole auf molekularer Ebene und ordnen den Atomen Oxidationszahlen zu (UF2).

beschreiben Beobachtungen von Experi-

menten zu Oxidationsreihen der Alkohole

und interpretieren diese unter dem Aspekt

des Donator-AkzeptorPrinzips (E2, E6).

Demonstration von zwei Flaschen Wein, eine davon ist seit 2 Wochen geöffnet.

S-Exp.: pH Wert-Bestimmung,

Geruch, Farbe von Wein und

„umgekipptem“ Wein

Künstliche Aromen?

a) Aromen des

Weins/Dufstoffe in Par-

fum

Gaschromatographie zum Nachweis der

Aromastoffe

• Aufbau und

erläutern die Grundlagen der Entstehung eines Gaschromatogramms und entneh-men diesem Informationen zur Identifizie-rung eines Stoffes (E5).

nutzen angeleitet und selbständig che-miespezifische Tabellen und Nachschla-gewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von

Film: Künstlich hergestellter Wein: Quarks und co. (10.11.2009) ab

34. Minute

Gaschromatographie:

Animation

Virtueller Gaschromatograph.

Der Film wird empfohlen als

Einführung ins Thema künstlicher

Wein und zur Vorbereitung der Dis-kussion über Vor- und Nachteile künstlicher Aromen.

22

Funktion eines

Gaschromato-graphen

• Identifikation der Aro-mastoffe des Weins durch Auswertung von Gaschromato-grammen

Vor- und Nachteile künstlicher Aroma-stoffe: Beurteilung der Verwen-dung von Aromastoffen, z.B. von künstlichen Aromen in Joghurt oder Käseersatz

Stoffklassen der Ester

und Alkene:

• funktionelle Gruppen

• Stoffeigenschaften

• Struktur-Eigenschafts-beziehungen

Stoffeigenschaften. (K2).

beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ke-tone, Carbonsäuren und Ester (UF2).

erklären an Verbindungen aus den Stoff-klassen der Alkane und Alkene das C-C-Verknüpfungsprinzip (UF2).

analysieren Aussagen zu Produkten der organischen Chemie (u.a. aus der Wer-bung) im Hinblick auf ihren chemischen Sachverhalt und korrigieren unzutreffende Aussagen sachlich fundiert (K4).

zeigen Vor- und Nachteile ausgewählter

Produkte des Alltags (u.a. Aromastoffe, Alkohole) und ihrer Anwendung auf, ge-wichten diese und beziehen begründet Stellung zu deren Einsatz (B1, B2).

Arbeitsblatt:

Grundprinzip eines

Gaschromatopraphen: Aufbau und Arbeitsweise Gaschromatogramme von Weinaromen.

Diskussion:

Vor- und Nachteile künstlicher Obstaromen in Joghurt, künstlicher Käseersatz auf Pizza, etc..

b) Synthese von

Aromastoffen

• Estersynthese

• Vergleich der

Löslich-keiten der

Edukte (Alkanol,

Carbonsäure) und

Produkte (Ester, Was-

ordnen Veresterungsreaktionen dem Reaktionstyp der Kondensationsreaktion begründet zu (UF1).

führen qualitative Versuche unter vorge-gebener Fragestellung durch und proto-kollieren die Beobachtungen (u.a. zur Un-tersuchung der Eigenschaften organi-scher Verbindungen) (E2, E4).

Experiment (LDemonstration): Synthese von

Essigsäureethylester und Analyse der Produkte.

S-Exp.: (arbeitsteilig) Synthese von Aromastoffen (Fruchtestern).

Gruppenarbeit:

Darstellung der Edukte und

Fächerübergreifender Aspekt Biologie:

Veresterung von Aminosäuren zu Polypeptiden in der EF.

23

ser)

• Veresterung als un-

vollständige Reaktion

stellen anhand von Strukturformeln Ver-

mutungen zu Eigenschaften ausgewähl-

ter Stoffe auf und schlagen geeignete

Experimente zur Überprüfung vor (E3)

Produkte der Estersynthese mit Mo-

lekülbaukästen

Eigenschaften, Struktu-ren und Verwendungen organischer Stoffe

recherchieren angeleitet und unter vor-gegebenen Fragestellungen die Eigen-schaften und Verwendungen ausgewähl-ter Stoffe und präsentieren die Recher-cheergebnisse adressatengerecht (K2,K3).

beschreiben Zusammenhänge zwischen Vorkommen, Verwendung und Eigenschaften wichtiger Vertreter der Stoffklassen der Alkohole, Aldehyde, Ke-tone, Carbonsäuren und Ester (UF2).

Recherche und Präsentation als Kurzvortrag mit visueller Unter-stützung

Eigenschaften und Verwendung

organischer Stoffe.

Bei den Ausarbeitungen soll die Vielfalt der Verwendungsmöglich-keiten von organischen Stoffen un-ter Bezugnahme auf deren funkti-onelle Gruppen und Stoffeigen-schaften dargestellt werden. Mögliche Themen:

Ester als Lösemittel für Klebstoffe

und Lacke. Aromastoffe (Aldehyde und

Alkohole) und Riechvorgang;

Carbonsäuren: Antioxidantien

(Konservierungsstoffe)

Weinaromen: Abhängigkeit von Rebsorte oder Anbaugebiet. Terpene (Alkene) als sekundäre

Pflanzenstoffe

24

Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben III: Kontext: Kalk in Natur, Technik und Haushalt Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

ausgewählte Phänomene und Zusammenhänge erläutern und dabei Bezüge zu über-geordneten Prinzipien, Gesetzen und Basiskonzepten der Chemie herstellen (UF1).

die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Strukturen begründen (UF3).


zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Möglichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3).

Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form einfacher funktionaler Beziehungen be-schreiben (E5).


Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Struktu-ren dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werk-zeuge (K1).

Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte:

Gleichgewichtsreaktionen Zeitbedarf: ca. 18 Std. à 45 Minuten

25

Einführungsphase – Unterrichtsvorhaben III

Kontext: Kalk in Natur, Technik und Haushalt




Zeitbedarf: 18 Std. a 45 Minuten


UF1 – Wiedergabe

UF3 – Systematisierung

E3 – Hypothesen

E5 – Auswertung

K1 – Dokumentation Basiskonzepte: Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltli-cher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartun-gen des Kernlehrplans

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmer-kungen

Kalkentfernung • Reaktion von Kalk mit

Säuren • Beobachtungen eines

Reaktionsverlaufs • Reaktionsgeschwindig-

keit berechnen

planen quantitative Versuche (u.a. zur Untersuchung des zeitlichen Ablaufs einer chemischen Reaktion), führen die-se zielgerichtet durch und dokumentieren die Ergebnisse (E2, E4). stellen für Reaktionen zur Untersuchung der Reaktionsgeschwindigkeit den Stoff-umsatz in Abhängigkeit von der Zeit ta-bellarisch und graphsch dar (K1). erläutern den Ablauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt der Ge-schwindigkeit und definieren die Reakti-onsgeschwindigkeit als Differenzenquoti-

enten c/ t (UF1).

Brainstorming: Kalkentfernung im Haushalt Schülerversuch: Entfernung von Kalk mit Säuren Ideen zur Untersuchung des zeitli-chen Verlaufs Schülerexperiment: Planung, Durchführung und Auswer-tung eines entsprechenden Ver-suchs (z.B. Auffangen des Gases) (Haus)aufgabe: Ermittlung von Reaktionsgeschwindigkeiten an ei-nem Beispiel

Anbindung an CO2-Kreislauf: Se-dimentation Wiederholung Stoffmenge S. berechnen die Reaktionsge-schwindigkeiten für verschiedene Zeitintervalle im Verlauf der Reakti-on

Einfluss auf die Reakti- formulieren Hypothesen zum Einfluss Geht das auch schneller?

26

onsgeschwindigkeit • Einflussmöglichkeiten • Parameter (Konzentra-

tion, Temperatur, Zer-teilungsgrad)

• Kollisionshypothese • Geschwindigkeitsge-

setz für bimolekulare Reaktion

• RGT-Regel

verschiedener Faktoren auf die Reakti-onsgeschwindigkeit und entwickeln Ver-suche zu deren Überprüfung (E3). interpretieren den zeitlichen Ablauf che-mischer Reaktionen in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern (u.a. Oberflä-che, Konzentration, Temperatur) (E5). erklären den zeitlichen Ablauf chemi-scher Reaktionen auf der Basis einfacher Modelle auf molekularer Ebene (u.a. Stoßtheorie nur für Gase) (E6). beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reakti-onsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1).

Arbeitsteilige Schülerexperimen-te: Abhängigkeit der Reaktionsge-schwindigkeit von der Konzentration, des Zerteilungsgrades und der Tem-peratur Lerntempoduett: Stoßtheorie, Deu-tung der Einflussmöglichkeiten Erarbeitung: Einfaches Geschwin-digkeitsgesetz, Vorhersagen Diskussion: RGT-Regel, Ungenau-igkeit der Vorhersagen

ggf. Simulation

Einfluss der Temperatur • Ergänzung Kollisions-

hypothese • Aktivierungsenergie • Katalyse

interpretieren ein einfaches Energie-Reaktionsweg-Diagramm (E5, K3). beschreiben und erläutern den Einfluss eines Katalysators auf die Reaktionsge-schwindigkeit mithilfe vorgegebener gra-phischer Darstellungen (UF1, UF3).

Wiederholung: Energie bei chemi-schen Reaktionen Unterrichtsgespräch: Einführung der Aktivierungsenergie Schülerexperiment: Katalysatoren, z.B. bei der Zersetzung von Wasser-stoffperoxid

Film: Wilhelm Ostwald und die Ka-talyse (Meilensteine der Naturwis-senschaft und Technik)

Chemisches Gleichge- formulieren für ausgewählte Gleichge- Arbeitsblatt: Von der Reaktionsge-

27

wicht quantitativ • Wiederholung Gleich-

gewicht • Hin- und Rückreaktion • Massenwirkungsgesetz

• Beispielreaktionen

wichtsreaktionen das Massenwirkungs-gesetz (UF3). interpretieren Gleichgewichtskonstanten in Bezug auf die Gleichgewichtslage (UF4). dokumentieren Experimente in ange-messener Fachsprache (u.a. zur Unter-suchung der Eigenschaften organischer Verbindungen, zur Einstellung einer Gleichgewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktionen eines natürlichen Kreislau-fes) ( K1). beschreiben und beurteilen Chancen und Grenzen der Beeinflussung der Reakti-onsgeschwindigkeit und des chemischen Gleichgewichts (B1).

schwindigkeit zum chemischen Gleichgewicht Lehrervortrag: Einführung des Massenwirkungsgesetzes Übungsaufgaben Trainingsaufgabe: Das Eisen-Thiocyanat-Gleichgewicht (mit S-Experiment)


Protokolle, Auswertung Trainingsaufgabe

Leistungsbewertung:

Klausur, Schriftliche Übung, mündliche Beiträge, Versuchsprotokolle

28

Einführungsphase - Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima – Die Bedeutung der Ozeane Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung:

in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerle-gen und dazu Fragestellungen angeben (E1).

unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4).


chemische Aussagen und Behauptungen mit sachlich fundierten und überzeugenden Argumenten begründen bzw. kritisieren (K4).


in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit chemischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen (B3).

Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Problemlösungen und Sichtweisen mit Bezug auf die Zielsetzungen der Naturwissenschaften darstellen (B4).

Inhaltsfeld: Kohlenstoffverbindungen und Gleichgewichtsreaktionen Inhaltliche Schwerpunkte:

(Organische und) anorganische Kohlenstoffverbindungen


Stoffkreislauf in der Natur Zeitbedarf: ca. 22 Std. à 45 Minuten

29

Einführungsphase – Unterrichtsvorhaben IV

Kontext: Kohlenstoffdioxid und das Klima – Die Bedeutung für die Ozeane



Stoffkreislauf in der Natur


Besuch der Fa. Spenner Zement Zeitbedarf: 22 Std. à 45 Minuten




K4 Argumentation

B3 Werte und Normen


Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Sequenzierung inhalt-licher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ...

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische An-merkungen

Kohlenstoffdioxid • Eigenschaften • Treibhauseffekt • Anthropogene Emis-

sionen • Reaktionsgleichun-

gen • Umgang mit Größen-

gleichungen

unterscheiden zwischen dem natürlichen und dem anthropogen erzeugten Treib-hauseffekt und beschreiben ausgewählte Ursachen und ihre Folgen (E1).

Kartenabfrage Begriffe zum Thema Kohlenstoffdioxid Information Eigenschaften / Treib-hauseffekt z.B. Zeitungsartikel, Lehrbuch S. 100-105) Berechnungen zur Bildung von CO2 aus Kohle und Treibstoffen (Alkane)

- Aufstellen von Reaktionsglei-chungen

- Berechnung des gebildeten CO2

- Vergleich mit rechtlichen Vorgaben

- weltweite CO2-Emissionen

Der Einstieg dient zur Anknüpfung an die Vorkenntnisse aus der SI und anderen Fächern Implizite Wiederholung: Stoffmen-ge n, Masse m und molare Masse M

30

Information Aufnahme von CO2 u.a. durch die Ozeane

Löslichkeit von CO2 in Wasser

• qualitativ • Bildung einer sauren

Lösung • quantitativ • Unvollständigkeit der

Reaktion • Umkehrbarkeit

führen qualitative Versuche unter vorge-gebener Fragestellung durch und protokol-lieren die Beobachtungen (u.a. zur Unter-suchung der Eigenschaften organischer Verbindungen) (E2, E4). dokumentieren Experimente in angemes-sener Fachsprache (u.a. zur Untersu-chung der Eigenschaften organischer Ver-bindungen, zur Einstellung einer Gleich-gewichtsreaktion, zu Stoffen und Reaktio-nen eines natürlichen Kreislaufes) (K1). nutzen angeleitet und selbstständig che-miespezifische Tabellen und Nachschla-gewerke zur Planung und Auswertung von Experimenten und zur Ermittlung von Stoffeigenschaften (K2).

Schülerexperiment: Löslichkeit von CO2 in Wasser (qualitativ) Aufstellen von Reaktionsgleichungen Lehrervortrag: Löslichkeit von CO2 (quantitativ):

- Löslichkeit von CO2 in g/l - Berechnung der zu erwar-

tenden Oxon-iumionen -Konzentration

- Nutzung einer Tabelle zum erwarteten pH-Wert

- Vergleich mit dem tatsächli-chen pH-Wert

Ergebnis: Unvollständigkeit der ablaufenden Reaktion Lehrer-Experiment: Löslichkeit von CO2 bei Zugabe von Salzsäure bzw. Natronlauge Ergebnis: Umkehrbarkeit / Reversibilität der Reaktion

Wiederholung der Stoffmengenkonzen-tration c Wiederholung: Kriterien für Ver-suchsprotokolle Vorgabe einer Tabelle zum Zu-sammenhang von pH-Wert und Oxoniumionenkonzentration

Chemisches Gleich-gewicht

• Definition • Beschreibung auf

Teilchenebene • Modellvorstellungen

erläutern die Merkmale eines chemischen Gleichgewichtszustands an ausgewählten Beispielen (UF1).

Lehrervortrag: Chemisches Gleichgewicht als all-gemeines Prinzip vieler chemischer Reaktionen, Definition Arbeitsblatt:

31

beschreiben und erläutern das chemische Gleichgewicht mithilfe von Modellen (E6).

Umkehrbare Reaktionen auf Teil-chenebene ggf. Simulation Modellexperiment: z.B. Stechhe-ber-Versuch, Kugelspiel Vergleichende Betrachtung: Chemisches Gleichgewicht auf der Teilchenebene, im Modell und in der Realität

Ozean und Gleichge-wichte

• Aufnahme CO2 • Einfluss der Bedin-

gungen der Ozeane auf die Löslichkeit von CO2

• Prinzip von Le Chatelier

• Kreisläufe

formulieren Hypothesen zur Beeinflussung natürlicher Stoffkreisläufe (u.a. Kohlen-stoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) (E3). erläutern an ausgewählten Reaktionen die Beeinflussung der Gleichgewichtslage durch eine Konzentrationsänderung (bzw. Stoffmengenänderung), Temperatur-änderung (bzw. Zufuhr oder Entzug von Wärme) und Druckänderung (bzw. Volu-menänderung) (UF3). formulieren Fragestellungen zum Problem des Verbleibs und des Einflusses anthropogen erzeugten Kohlenstoffdioxids (u.a. im Meer) unter Einbezug von Gleich-gewichten (E1). veranschaulichen chemische Reaktionen zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf grafisch oder durch Symbole (K3).

Wiederholung: CO2- Aufnahme in den Meeren Schülerexperimente: Einfluss von Druck und Temperatur auf die Lös-lichkeit von CO2 ggf. Einfluss des Salzgehalts auf die Löslichkeit Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten (Verallgemeine-rung) Puzzlemethode: Einfluss von Druck, Temperatur und Konzentrati-on auf Gleichgewichte, Vorhersagen Erarbeitung: Wo verbleibt das CO2 im Ozean? Partnerarbeit: Physikali-sche/Biologische Kohlenstoffpumpe

Hier nur Prinzip von Le Chatelier, kein MWG Fakultativ: Mögliche Ergänzungen (auch zur individuellen Förderung): - Tropfsteinhöhlen - Kalkkreislauf - Korallen

32

Arbeitsblatt: Graphische Darstel-lung des marinen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufs

Klimawandel • Informationen in den

Medien • Möglichkeiten zur

Lösung des CO2-Problems

recherchieren Informationen (u.a. zum Kohlenstoffdioxid-Carbonat-Kreislauf) aus unterschiedlichen Quellen und strukturie-ren und hinterfragen die Aussagen der Informationen (K2, K4). beschreiben die Vorläufigkeit der Aussa-gen von Prognosen zum Klimawandel (E7). beschreiben und bewerten die gesell-schaftliche Relevanz prognostizierter Fol-gen des anthropogenen Treibhauseffektes (B3). zeigen Möglichkeiten und Chancen der Verminderung des Kohlenstoffdioxidaus-stoßes und der Speicherung des Kohlen-stoffdioxids auf und beziehen politische und gesellschaftliche Argumente und ethi-sche Maßstäbe in ihre Bewertung ein (B3, B4).

Recherche - aktuelle Entwicklungen - Versauerung der Meere - Einfluss auf den Golf-

strom/Nordatlantik-strom Podiumsdiskussion

- Prognosen - Vorschläge zu Reduzierung

von Emissionen - Verwendung von CO2

Zusammenfassung: z.B. Film „Treibhaus Erde“ aus der Reihe „To-tal Phänomenal“ des SWR Weitere Recherchen


Lerndiagnose: Stoffmenge und Molare Masse

Leistungsbewertung:

Klausur, Schriftliche Übung zum Puzzle Beeinflussung von chemischen Gleichgewichten

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Ausführliche Hintergrundinformationen und experimentelle Vorschläge zur Aufnahme von CO2 in den Ozeanen findet man z.B. unter: http://systemerde.ipn.uni-kiel.de/materialien_Sek2_2.html ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/SystemErde/09_Begleittext_oL.pdf

http://systemerde.ipn.uni-kiel.de/materialien_Sek2_2.html

ftp://ftp.rz.uni-kiel.de/pub/ipn/SystemErde/09_Begleittext_oL.pdf

33

Die Max-Planck-Gesellschaft stellt in einigen Heften aktuelle Forschung zum Thema Kohlenstoffdioxid und Klima vor: http://www.maxwissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Kohlenstoffkreislauf.html http://www.maxwissen.de//Fachwissen/show/0/Heft/Klimarekonstruktion http://www.maxwissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Klimamodelle.html Informationen zum Film „Treibhaus Erde“: http://www.planet-schule.de/wissenspool/total-phaenomenal/inhalt/sendungen/treibhaus-erde.html

http://www.maxwissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Kohlenstoffkreislauf.html

http://www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Klimarekonstruktion

http://www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/Klimamodelle.html

34

2.1.3 Konkretisierte Unterrichtsvorhaben Qualifikationsphase GK / LK

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben I Kontext: Vom Rost zum Strom: Energie für Taschenlampe und Mobiltelefon Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und struktu-rieren (UF3)

Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen (UF4)


komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden (E2).

Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien einschließlich der Sicherheitsvorschriften durch-führen oder deren Durchführung beschreiben (E4).

Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellie-rungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen (E6).


zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publika-tionen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen (K2).


Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Stand-punkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten (B2).

Inhaltsfeld: Elektrochemie Inhaltliche Schwerpunkte:

Grundlagen der Redoxreaktionen

Mobile Energiequellen Zeitbedarf: ca. 22 Std. (GK) bzw. 36 Std. (LK) à 45 Minuten

35

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben I

Kontext: Vom Rost zum Strom: Energie für Taschenlampe und Mobiltelefon







UF4 Vernetzung



E6 Modelle

K2 Recherche

B2 Entscheidungen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie

Sequenzierung inhaltlicher Aspekte

Konkretisierte Kompetenzerwartun-gen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …

Lehrmittel / Materialien / Metho-den

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische An-merkungen

Was ist Rost, und wie ent-steht er? Grundlagen und Grundbe-griffe der Redoxreaktionen Triebkraft von Redoxreaktio-nen Die Redoxreihe der Metalle

erweitern die Vorstellung von Redoxreak-tionen, indem sie Oxidatio-nen/Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7). entwickeln Hypothesen zum Auftreten von Redoxreaktionen zwischen Metall-atomen und Metallionen (E3). stellen Oxidation und Reduktion als Teil-reaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktio-

Bild eines rostenden Kraftfahrzeugs Schülerexperimente zur Entste-hung und Zusammensetzung von Rost Deutung des Rostens als eine Re-aktion von Eisen mit Sauerstoff und Wasser (Luftfeuchtigkeit), Formulie-rung von Reaktionsgleichungen Hinführung zum Redoxbegriff: Oxi-dation, Reduktion, Redox-reaktion; Rosten als Redoxreaktion Hypothesen und Lehrer- und

Einstieg in die Unterrichtsreihe und Schülermotivation, Formulie-rung von Hypothesen zur Entste-hung und Zusammensetzung von Rost Beschreibung und Auswertung der Experimente unter Anwen-dung der Fachbegriffe: Oxidation, Reduktion, Redox-reaktion; Elektronendonator, Elektronenakzeptor Experimentell basierte Formulie-rung der Redoxreihe der Metalle

36

nen fachsprachlich korrekt (K3).

Schülerexperimente zur Reaktion von Metallen mit Sauerstoff und anderen Nichtmetallen; Hinführung zum Donator-Akzeptor-Prinzip Warum funktionieren Redoxreaktio-nen? Ionisierungsenergie, Elektro-nenaffinität, Gitterenergie Schülerexperimente zur Oxidierbarkeit von Metallen: Hinfüh-rung zur Redoxreihe der Metalle

Gewinnung elektrischer Energie aus Redoxreak-tionen Redoxpotenziale Daniell-Element Standardpotenziale und Standard-Wasserstoffhalbzelle Spannungsreihe der Metalle und Nichtmetalle

erklären den Aufbau und die Funktions-

weise einer galvanischen Zelle (u.a.

Daniell-Element) (UF1, UF3).

beschreiben den Aufbau einer Standard-Wasserstoff-Halbzelle (UF1). berechnen Potentialdifferenzen unter Nut-zung der Standardelektrodenpotentiale und schließen auf die möglichen Redox-reaktionen (UF2, UF3). planen Experimente zum Aufbau galvani-scher Zellen, ziehen Schlussfolgerungen aus den Messergebnissen und leiten da-raus eine Spannungsreihe ab (E1, E2, E4, E5). erläutern die Umwandlung von chemi-scher Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6). analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen un-

Schülerexperimente oder Lehrer-demonstrationsexperimente zur Gewinnung von elektrischem Strom aus Redoxreaktionen (z.B. Zitro-nenbatterie), Rolle des Elektrolyten Schülerexperiment zu Aufbau und Funktion eines Galvanischen Ele-ments, insbesondere Daniell-Element Auswertung: Zeichnung eines Gal-vanischen Elements, Einbringen von Fachbegriffen, z.B. (Donator- und Akzeptor)halbzelle, Potenzialdiffe-renz, elektrische Doppelschicht Hinführung zur Redoxreihe der Me-talle: Redoxpotenziale, Zellendia-

Grundlegendes Verständnis der Funktion einer elektrochemi-schen Stromquelle, beeinflus-sende Faktoren (z.B. Wahl der Metalle)

37

terenergetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1).

gramm Die Normalwasserstoffhalbzelle als „Nullpunkt“ der Redoxreihe und de-ren Weiterentwicklung zur Span-nungsreihe der Metalle, Definition unedler und edler Metalle Erweiterung der Spannungsreihe: Die Halogene

Nutzung elektrischer Energie aus Redoxreak-tionen Historische und klassische Stromquellen Konzentrationszellen und Nernst-Gleichung Potenzial und Gleichgewicht Moderne Batterien und Ak-kumulatoren

erklären Aufbau und Funktion elektro-chemischer Spannungsquellen aus Alltag und Technik (Batterie, Akkumulator, Brennstoffzelle) unter Zuhilfenahme grundlegender Aspekte galvanischer Zel-len (u.a. Zuordnung der Pole, elektroche-mische Redoxreaktion, Trennung der Halbzellen) (UF4). recherchieren Informationen zum Aufbau mobiler Energiequellen und präsentieren mithilfe adressatengerechter Skizzen die Funktion wesentlicher Teile sowie Lade- und Entladevorgänge (K2, K3). argumentieren fachlich korrekt und folge-richtig über Vorzüge und Nachteile unter-schiedlicher mobiler Energiequellen und wählen dazu gezielt Informationen aus (K4).

100 Jahre alt und immer noch aktu-ell: Die Taschenlampenbatterie Literatur- und Internetrecherche als Grundlage für Referate bzw. Präsentationen zum Thema histo-rische und klassische Stromquel-len, z.B. Bagdad-Batterie, Volta-Säule Schülerexperiment zur Konzentrati-onsabhängigkeit der Potenziale und Hinführung zur Nernst-Gleichung


Selbstüberprüfung zum Umgang mit Begriffen und Größen zur Energie und Elektrizitätslehre und zu den Grundlagen der vorangegangenen

Unterrichtsreihe (galvanische Zelle, Spannungsreihe, Redoxreaktionen)

Leistungsbewertung:

38

Schriftliche Übung, z.B. zu Galvanischen Elementen, Spannungsreihe; Auswertung von Experimenten, Diskussionsbeiträge

Klausuren/ Facharbeit

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Interessant ist die Abbildung von einem Brennstoffzellen-Bus mit Beschriftung, die z.B. auf „Null-Emissionen“ hinweist, z.B. http://www.brennstoffzellenbus.de/bus/. Im Internet sind auch animierte Darstellungen zu den chemischen Reaktionen, in vereinfachter Form, in einer Brennstoffzelle zu finden, z.B. http://www.brennstoffzellenbus.de/bzelle/index.html. Die Chance der Energiespeicherung durch die Wasserstoffgewinnung mithilfe der Nutzung überschüssigen elektrischen Stroms aus Solar- und Windkraftanlagen wird dargestellt in http://www.siemens.com/innovation/apps/pof_microsite/_pof-spring-2012/_html_de/elektrolyse.html. Ein Vergleich der alkalischen Elektrolyse und der der Elektrolyse mir einer PEM-Zelle wird ausführlich beschrieben in http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2007/ws2007_07.pdf. Sehr ergiebige Quelle zu vielen Informationen über die Wasserstoffenergiewirtschaft, Brennstoffzellen und ihre Eigenschaften http://www.diebrennstoffzelle.de.

http://www.brennstoffzellenbus.de/bus/

http://www.brennstoffzellenbus.de/bzelle/index.html

http://www.siemens.com/innovation/apps/pof_microsite/_pof-spring-2012/_html_de/elektrolyse.html

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2007/ws2007_07.pdf

http://www.diebrennstoffzelle.de/

39

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Von der Wasserelektrolyse zur Brennstoffzelle Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

zur Lösung chemischer Probleme zielführende Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen chemischen Größen angemessen und begründet auswählen (UF2)


Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellie-rungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen (E6)

bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen (E7)


bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachsprache und fachübliche Darstellungsweisen verwenden (K1)

sich mit anderen über chemische Sachverhalte und Erkenntnisse kritisch-konstruktiv aus-tauschen und dabei Behauptungen oder Beurteilungen durch Argumente belegen bzw. widerlegen (K4)


fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwis-senschaftlich-technischen Sach-verhalten unterscheiden und angeben (B1).

an Beispielen von Konfliktsituationen mit chemischen Hintergründen kontroverse Ziele und Interessen sowie die Folgen wissenschaftlicher Forschung aufzeigen und ethisch bewerten (B3).



Elektrochemische Gewinnung von Stoffen Zeitbedarf: ca. 18 Std. (GK) bzw. 30 Std. (LK) à 45 Minuten

40

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben II







UF2 Auswahl

E6 Modelle

E7 Vernetzung

K1 Dokumentation

K4 Argumentation

B1 Kriterien

B3 Werte und Normen

Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Energie



Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische An-merkungen

Woher bekommt das Brennstoffzellen-Auto den Wasserstoff, seinen Brennstoff? Elektrolyse Zersetzungsspannung Überspannung

beschreiben und erklären Vorgänge bei einer Elektrolyse (u.a. von Elektrolyten in wässrigen Lösungen) (UF1, UF3). deuten die Reaktionen einer Elektrolyse als Umkehr der Reaktionen einer galva-nischen Zelle (UF4). erläutern die bei der Elektrolyse notwen-dige Zersetzungsspannung unter Be-rücksichtigung des Phänomens der Überspannung (UF2). erweitern die Vorstellung von Redoxreak-tionen, indem sie Oxidatio-nen/Reduktionen auf der Teilchenebene

Bild eines mit Wasserstoff betriebe-nen Brennstoffzellenautos oder Ein-satz einer Filmsequenz zum Betrieb eines mit Wasserstoff betriebenen Brennstoffzellenautos Demonstrationsexperiment zur Elektrolyse von angesäuertem Was-ser (Hoffmannscher Wasser-zersetzungsapparat) Beschreibung und Deutung der Versuchsbeobachtungen - Redoxreaktion

Aufriss der Unterrichtsreihe: Sammlung von Möglichkeiten zum Betrieb eines Automobils: Verbrennungsmotoren (Benzin, Diesel, Erdgas), Alternativen: Akkumulator, Brennstoffzelle Beschreibung und Auswertung des Experimentes mit der in-tensiven Anwendung der Fach-begriffe: Pluspol, Minuspol, Anode, Kathode, Oxidation, Reduktion Fokussierung auf den energeti-schen Aspekt der Elektrolyse

41

als Elektronen-Donator-Akzeptor-Reaktionen interpretieren (E6, E7).

- endotherme Reaktion - Einsatz von elektrischer Energie: W = U*I*t Schüler- oder Lehrerexperiment zur Zersetzungsspannung Die Zersetzungsspannung ergibt sich aus der Differenz der Abschei-dungspotentiale. Das Abschei-dungspotential an einer Elektrode ergibt sich aus der Summe des Redoxpotentials und dem Überpo-tential.

Ermittlung der Zersetzungs-spannung durch Ablesen der Spannung, bei der die Elektro-lyse deutlich abläuft (Keine Stromstärke-Spannungs-Kurve)

Wie viel elektrische Ener-gie benötigt man zur Ge-winnung einer Wasser-stoffportion? Quantitative Elektrolyse Faraday-Gesetze

erläutern und berechnen mit den Fara-day-Gesetzen Stoff- und Energieumsätze bei elektrochemischen Prozessen (UF2). dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolyse-zellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1). erläutern und beurteilen die elektrolyti-sche Gewinnung eines Stoffes aus öko-nomischer und ökologischer Perspektive (B1, B3). analysieren und vergleichen galvanische Zellen bzw. Elektrolysen un-terenergetischen und stofflichen Aspekten (E1, E5). dokumentieren Versuche zum Aufbau von galvanischen Zellen und Elektrolysezellen übersichtlich und nachvollziehbar (K1).

Schülerexperimente oder Lehrer-demonstrationsexperimente zur Untersuchung der Elektrolyse in Abhängigkeit von der Stromstärke und der Zeit. Formulierung der Gesetzmäßigkeit:

n I*t Lehrervortrag Formulierung der Faraday-Gesetze / des Faraday-Gesetzes Beispiele zur Verdeutlichung der Berücksichtigung der Ionenladung Einführung der Faraday-Konstante, Formulierung des 2. Faraday`schen Gesetzes

Schwerpunkte: Planung (bei leistungsstärkeren Gruppen Hypothesenbildung), tabellari-sche und grafische Auswertung Vorgabe des molaren Volu-mens Vm = 24 L/mol bei Zim-mertemperatur und 1013 hPa Differenzierende Formulier-ungen: Zur Oxidation bzw. Re-duktion von 1 mol z-fach nega-tiv bzw. positiv geladener Ionen ist eine Ladungsmenge Q = z * 96485 A*s notwendig. Für Lernende, die sich mit Grö-ßen leichter tun: Q = n*z*F; F = 96485 A*s*mol-1

42

Aufgabenstellung zur Gewinnung von Wasserstoff und Umgang mit Größengleichungen zur Berech-nung der elektrischen Energie, die zur Gewinnung von z.B. 1 m3 Was-serstoff notwendig ist. Zunächst eine Grundaufgabe; Ver-tiefung und Differenzierung mithilfe weiterer Aufgaben Diskussion: Wasserstoffgewinnung unter ökologischen und ökonomi-schen Aspekten

Zunächst Einzelarbeit, dann Partner- oder Gruppenarbeit; Hilfekarten mit Angaben auf unterschiedlichem Niveau, Lehrkraft wirkt als Lernhelfer. Anwendung des Faraday`schen Gesetzes und Umgang mit W =U*I*t Kritische Auseinandersetzung mit der Gewinnung der elektri-schen Energie (Kohlekraftwerk, durch eine Windkraft- oder So-larzellenanlage)

Wie funktioniert eine Was-serstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle? Aufbau einer Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle Vergleich einer Brennstoff-zelle mit einer Batterie und einem Akkumulator

erläutern die Umwandlung von chemi-scher Energie in elektrische Energie und deren Umkehrung (E6). stellen Oxidation und Reduktion als Teil-reaktionen und die Redoxreaktion als Gesamtreaktion übersichtlich dar und beschreiben und erläutern die Reaktio-nen fachsprachlich korrekt (K3).

Beschreibung und Erläuterung einer schematischen Darstellung einer Polymermembran-Brennstoffzelle Spannung eines Brennstoffzellen-Stapels (Stacks) Herausarbeitung der Redoxreaktio-nen

Schematische Darstellung des Aufbaus der Zelle; sichere An-wendung der Fachbegriffe: Pluspol, Minuspol, Anode, Ka-thode, Oxidation, Reduktion Vergleich der theoretischen Spannung mit der in der Praxis erreichten Spannung

Antrieb eines Kraftfahr-zeugs heute und in der Zukunft

argumentieren fachlich korrekt und folge-richtig über Vorzüge und Nachteile un-terschiedlicher mobiler Energiequellen

Expertendiskussion zur verglei-chenden Betrachtung von verschie-denen Brennstoffen (Benzin, Diesel,

Die Expertendiskussion wird durch Rechercheaufgaben in Form von Hausaufgaben vorbe-

43

Vergleich einer Brennstoff-zelle mit einer Batterie und einem Akkumulator, Verbrennung von Kohlen-wasserstoffen, Etha-nol/Methanol, Wasserstoff

und wählen dazu gezielt Informationen aus (K4). vergleichen und bewerten innovative und herkömmliche elektrochemische Ener-giequellen (u.a. Wasserstoff-Brennstoffzelle) (B1).

Erdgas) und Energiespeichersyste-men (Akkumulatoren, Brennstoffzel-len) eines Kraftfahrzeuges mögliche Aspekte: Gewinnung der Brennstoffe, Akkumulatoren, Brenn-stoffzellen, Reichweite mit einer Tankfüllung bzw. Ladung, Anschaf-fungskosten, Betriebskosten, Um-weltbelastung

reitet. Fakultativ: Es kann auch darauf eingegangen werden, dass der Wasserstoff z.B. aus Erdgas gewonnen werden kann.


Selbstüberprüfung zum Umgang mit Begriffen und Größen zur Energie und Elektrizitätslehre und zu den Grundlagen der vorangegangenen

Unterrichtsreihe (galvanische Zelle, Spannungsreihe, Redoxreaktionen)

Leistungsbewertung:

Schriftliche Übung zu den Faraday-Gesetzen, Auswertung von Experimenten, Diskussionsbeiträge

Klausuren/ Facharbeit …

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Interessant ist die Abbildung von einem Brennstoffzellen-Bus mit Beschriftung, die z.B. auf „Null-Emissionen“ hinweist, z.B. http://www.brennstoffzellenbus.de/bus/. Im Internet sind auch animierte Darstellungen zu den chemischen Reaktionen, in vereinfachter Form, in einer Brennstoffzelle zu finden, z.B. http://www.brennstoffzellenbus.de/bzelle/index.html. Die Chance der Energiespeicherung durch die Wasserstoffgewinnung mithilfe der Nutzung überschüssigen elektrischen Stroms aus Solar- und Windkraftanlagen wird dargestellt in http://www.siemens.com/innovation/apps/pof_microsite/_pof-spring-2012/_html_de/elektrolyse.html. Ein Vergleich der alkalischen Elektrolyse und der der Elektrolyse mir einer PEM-Zelle wird ausführlich beschrieben in http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2007/ws2007_07.pdf. Sehr ergiebige Quelle zu vielen Informationen über die Wasserstoffenergiewirtschaft, Brennstoffzellen und ihre Eigenschaften http://www.diebrennstoffzelle.de.

http://www.brennstoffzellenbus.de/bus/

http://www.brennstoffzellenbus.de/bzelle/index.html

http://www.siemens.com/innovation/apps/pof_microsite/_pof-spring-2012/_html_de/elektrolyse.html

http://www.fvee.de/fileadmin/publikationen/Workshopbaende/ws2007/ws2007_07.pdf

http://www.diebrennstoffzelle.de/

44

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben III Kontext: Korrosion vernichtet Werte Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzi-pien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern (UF1)

chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und struktu-rieren (UF3)


Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellie-rungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen (E6)

bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen (E7)


Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigene Stand-punkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten (B2)


Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 6 Std. (GK) bzw. 10 Std. (LK) à 45 Minuten

45

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben III

Kontext: Korrosion vernichtet Werte



Korrosion und Korrosionsschutz Zeitbedarf: ca. 6 Std. (GK) bzw. 10 Std. (LK) à 45 Minuten


UF1 Wiedergabe


E6 Modelle

B2 Entscheidungen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht


Konkretisierte Kompetenzerwar-tungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler …

Lehrmittel/ Materialien/ Methoden Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische Anmerkungen

Korrosion vernichtet Werte

Merkmale der Korrosion

Kosten von Korrosions-schäden

recherchieren Beispiele für elektro-chemische Korrosion und referieren über Möglichkeiten des Korrosions-schutzes (K2, K3). diskutieren ökologische Aspekte und wirtschaftliche Schäden, die durch Korrosionsvorgänge entstehen kön-nen (B2).

Abbildungen zu Korrosionsschäden oder Materialproben mit Korrosions-merkmalen Sammlung von Kenntnissen und Vor-erfahrungen zur Korrosion Recherche zu Kosten durch Korrosi-onsschäden

Mind-Map zu einer ersten Strukturierung der Unterrichts-reihe, diese begleitet die Unter-richtsreihe und wird in den Stunden bei Bedarf ergänzt Internetrecherche oder Aus-wertung vorgegebener Mate-rialien der Lehrkraft

Ursachen von Korrosion

Lokalelement

Rosten von Eisen - Sauerstoffkorrosion - Säurekorrosion

erläutern elektrochemische Korrosi-onsvorgänge und Maßnahmen zum Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Überzug, Opferanode)) (UF1, UF3). erweitern die Vorstellung von Redox-reaktionen, indem sie Oxidationen/ Reduktionen auf der Teilchenebene als Elektronen-Donator-Akzeptor-

Schüler- oder Lehrerexperiment Experimentelle Erschließung der elekt-rochemischen Korrosion Schülerexperimente Bedingungen, die das Rosten fördern

Selbstständige Auswertung der Experimente mithilfe des Schulbuches oder bildlicher und textlicher Vorgaben durch die Lehrkraft Aufgreifen und Vertiefen der Inhalte und Begriffe: Anode, Kathode, galvanisches Ele-

46

Reaktionen interpretieren (E6, E7). ment, Redoxreaktion

Schutzmaßnahmen

Galvanisieren

kathodischer Korrosions-schutz

erläutern elektrochemische Korrosi-onsvorgänge und Maßnahmen zum Korrosionsschutz (u.a. galvanischer Überzug, Opferanode) (UF1, UF3). bewerten für konkrete Situationen ausgewählte Methoden des Korrosi-onsschutzes bezüglich ihres Aufwan-des und Nutzens (B3, B2).

Lehrer- oder Schülerexperiment Verkupfern oder Verzinken eines Ge-genstandes Bilder oder Filmsequenz zum Verzinken einer Autokarosserie durch Galvanisieren und Feuerverzin-ken Welcher Korrosionsschutz ist der beste? Bewertung des Korrosionsschutzes nach Darstellung einiger Korrosions-schutzmaßnahmen durch Kurzreferate

Anode aus Kupfer bzw. Zink zur Verdeutlichung der Teil-nahme der Anode an einer Elektrolyse; selbstständige Auswertung des Experimentes mithilfe des Schulbuches Sammeln und Bewerten von Argumenten


Alltagsvorstellungen zur Korrosion

Leistungsbewertung:

Durchführung von Experimenten, Auswertung der Experimente, Kurzreferate

Klausuren/Facharbeiten

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen:

www.korrosion-online.de Umfangreiches Informations- und Lernangebot rund um das Thema Korrosion und Korrosionsschutz.

Weist auch viele interessante und vielfältige Abbildungen zur Korrosion auf.

-

http://www.korrosion-online.de/

47

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben IV Kontext: Auf Spurensuche: Konzentrationsbestimmung von Säuren und Basen in Alltags-produkten Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator - Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzi-pien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern (UF1)


kriteriengeleitet beobachten und erfassen und gewonnene Ergebnisse frei von eigenen Deutungen beschreiben (E2)

unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4)

Daten bezüglich einer Fragestellung interpretieren, daraus qualitative und quantitative Zusammenhänge ableiten und diese in Form einfacher funktionaler Beziehungen be-schreiben (E5)


Fragestellungen, Untersuchungen, Experimente und Daten nach gegebenen Strukturen dokumentieren und stimmig rekonstruieren, auch mit Unterstützung digitaler Werkzeuge (K1)

in vorgegebenen Zusammenhängen selbstständig chemische und anwendungsbezoge-ne Fragestellungen mithilfe von Fachbüchern und anderen Quellen bearbeiten (K2)

Inhaltsfeld: Säuren,Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte:


Konzentrationsbestimmungen von Säuren und Basen Zeitbedarf: ca. 12 Std. (GK) bzw. 18 Std. (LK) à 45 Minuten

48

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben IV







UF1 Wiedergabe



E5 Auswertung

K1 Dokumentation

K2 Recherche Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht

Sequenzierung inhaltlicher As-pekte


Lehrmittel/ Materialien/ Metho-den

Verbindliche Absprachen Didaktisch-methodische An-merkungen

Säuren und Basen in Alltag und Technik

Eigenschaften und Verwendung von Säuren und Basen

Säure-Base-Definition nach Brönsted

identifizieren Säuren und Basen in Produkten des Alltags und be-schreiben diese mithilfe des Säure-Base-Konzepts von Brønsted (UF1, UF3) zeigen an Protolysereaktionen auf, wie sich der Säure-Base-Begriff durch das Konzept von Brønsted verändert hat (E6, E7) recherchieren zu Alltagsprodukten, in denen Säuren und Basen ent-halten sind, und diskutieren unter-schiedliche Aussagen zu deren Verwendung adressatengerecht

Wird in Kürze ergänzt Wird in Kürze ergänzt

49

(K2, K4) beurteilen den Einsatz, die Wirk-samkeit und das Gefahrenpotenzial von Säuren und Basen in Alltags-produkten (B1, B2)

Merkmale und chemische Eigen-schaften von Säuren und Basen

Konjugierte Säure-Base-Paare

Säure-Base-Indikatoren

Autoprotolyse und Ionenprodukt des Wassers, Kw und pKw-Wert, pH- und pOH-Wert

erläutern die Autoprotolyse und das lonenprodukt des Wassers (UF1) berechnen pH-Werte wässriger Lö-sungen schwacher einprotoniger Säuren mithilfe des Massenwir-kungsgesetzes (UF2) stellen eine Säure-Base-Reaktion in einem Funktionsschema dar und erklären daran das Donator-Akzeptor-Prinzip (K1, K3)

Konzentrationsbestimmung von Säuren

Titration und Titrationskurven

Verhalten von Ionen in Salzen und Lösungen: Ionenleitung und Ionenwanderung

Thermodynamik von Lösungs-vorgängen: Gitterenergie, Hydra-tationsenergie, Lösungsenthalpie

planen Experimente zur Bestim-mung der Konzentration von Säuren und Basen in Alltagsprodukten bzw. Proben aus der Umwelt angeleitet und selbstständig (E1, E3) erläutern das Verfahren einer Säure-Base-Titration mit Endpunktsbestimmung über einen Indikator, führen diese zielgerichtet durch und werten sie aus (E3, E4, E5) erklären das Phänomen der elektri-schen Leitfähigkeit in wässrigen Lö-sungen mit dem Vorliegen frei be-

50

weglicher Ionen (E6) beschreiben das Verfahren einer Leitfähigkeitstitration (als Messgröße genügt die Stromstärke) zur Kon-zentrationsbestimmung von Säuren bzw. Basen in Proben aus Alltags-produkten oder der Umwelt und wer-ten vorhandene Messdaten aus (E2, E4, E5) dokumentieren die Ergebnisse einer Leitfähigkeitstitration mithilfe graphi-scher Darstellungen (K1)


Leistungsbewertung:


51

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben V Kontext: Mit Säuren dem Kalk an die Kruste: Starke und schwache Säuren und Basen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

zur Lösung von Problemen in eingegrenzten Bereichen chemische Konzepte auswählen und anwenden und dabei Wesentliches von Unwesentlichem unterscheiden (UF2)

die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Struk-turen begründen (UF3)


in vorgegebenen Situationen chemische Probleme beschreiben, in Teilprobleme zerlegen und dazu Fragestellungen angeben (E1)


bei Bewertungen in naturwissenschaftlich-technischen Zusammen-hängen Bewertungs-kriterien angeben und begründet gewichten (B1)

Inhaltsfeld: Säuren, Basen und analytische Verfahren Inhaltliche Schwerpunkte:



52

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben V

Kontext: Mit Säuren dem Kalk an die Kruste: Starke und schwache Säuren






UF2 Auswahl



B1 Kriterien Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Donator-Akzeptor Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht




Starke und schwache Säuren und Basen

Protolysegleichgewichte

Säurekonstante Ks, Basenkonstante KB, pKS und pKB-Wert

Berechnung des pH-Wertes von starken und schwachen Säuren

Puffersysteme

Henderson-Hasselbalch-Gleichung

interpretieren Protolysen als Gleich-gewichtsreaktionen und beschreiben das Gleichgewicht unter Nutzung des Ks-Wertes (UF2, UF3) klassifizieren Säuren mithilfe von Ks- und pKs-Werten (UF3) berechnen pH-Werte wässriger Lö-sungen schwacher einprotoniger Säu-ren mithilfe des Massenwirkungsgeset-zes (UF2) erklären fachsprachlich angemessen und mithilfe von Reaktionsglei-chungen den Unterschied zwischen einer schwachen und einer starken Säure unter Einbeziehung des

Wird in Kürze ergänzt Wird in Kürze ergänzt

53

Gleichgewichtskonzepts (K3)

Konzentrationsbestimmung von Säuren II

Titration mehrprotoniger Säu-ren

Äquivalenzpunkt und Halbäquivalenzpunkt

Wasseranalytik: Sauerstoff-bestimmung nach der Wink-ler-Methode

bewerten durch eigene Experimente gewonnene Analyseergebnisse zu Säure-Base-Reaktionen im Hinblick auf ihre Aussagekraft (u.a. Nennen und Gewichten von Fehlerquellen) (E4, E5)

bewerten die Qualität von Produkten

und Umweltparametern auf der

Grundlage von Analyseergebnissen

zu Säure-Base-Reaktionen (B1).


Leistungsbewertung:


54

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben VI Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Energie Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

die Einordnung chemischer Sachverhalte und Erkenntnisse in gegebene fachliche Struk-turen begründen (UF3)

bestehendes Wissen aufgrund neuer chemischer Erfahrungen und Erkenntnisse modifi-zieren und reorganisieren (UF4)


zur Klärung chemischer Fragestellungen begründete Hypothesen formulieren und Mög-lichkeiten zu ihrer Überprüfung angeben (E3)

unter Beachtung von Sicherheitsvorschriften einfache Experimente zielgerichtet planen und durchführen und dabei mögliche Fehler betrachten (E4)


chemische Sachverhalte, Arbeitsergebnisse und Erkenntnisse adressatengerecht sowie formal, sprachlich und fachlich korrekt in Kurzvorträgen oder kurzen Fachtexten darstel-len (K3)


in bekannten Zusammenhängen ethische Konflikte bei Auseinandersetzungen mit che-mischen Fragestellungen darstellen sowie mögliche Konfliktlösungen aufzeigen (B3)

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte:

Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 20 Std. (GK) bzw. 20 Std. (LK) à 45 Minuten

55

Q1 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben VI

Kontext: Vom fossilen Rohstoff zum Anwendungsprodukt

Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe


Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 20 Std. (GK) bzw. 20 Std. (LK) à 45 Minuten



UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen


K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Energie




Erdöl - ein Gemisch vielfältiger Kohlenwasserstoffe • Stoffklassen und

Reaktionstypen

• zwischenmolekulare

Wechselwirkungen

• Stoffklassen

• homologe Reihe

• Destillation Cracken

erklären Stoffeigenschaften

und Reaktionsverhalten mit dem

Einfluss der jeweiligen funktionellen Grup-

pen und sagen Stoffeigenschaften voraus

(UF1).

mit zwischenmolekularen Wechselwir-

kungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Di-

pol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken)

(UF3, UF4).

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfol-

gen und Reaktionswegen zur gezielten

Herstellung eines erwünschten Produk-

tes (UF2, UF4).

Demonstration von Erdöl und Erdölprodukten: Erdöl, Teer, Pa-raffin, Heizöl, Diesel, Superben-zin, Super E10, Schwefel

Film: Gewinnung von Kohlenwas-serstoffen aus Erdöl Die fraktionie-rende Destillation

Arbeitsblatt mit Destillationsturm

Arbeitsblätter zur Vielfalt der Kohlenwasserstoffe (Einzelarbeit, Korrektur in Partnerarbeit)

Wdhg.: Summenfor-mel, Strukturformel, Nomenklatur; Stoff-klassen: Alkane, Cyc-loalkane, Alkene, Cycloalkene, Alkine, Aromaten (ohne Erklä-rung der Mesomerie), Die Karten zu den Ar-beitstakten müssen ausgeschnitten und in die Chemiemappe ein-geklebt werden, die Takte sind zutreffend zu beschriften, intensives Einüben der

56

erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4).

verwenden geeignete graphische Dar-

stellungen bei der Erläuterung von Reak-

tionswegen und Reaktionsfolgen (K1,

K3).

erläutern und bewerten den Einsatz von

Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen

für die Herstellung von Produkten des

Alltags und der Technik (B3).

Film: Verbrennung von Koh-lenwasserstoffen im Otto- und Dieselmotor

Arbeitsblatt mit Darstellung der Takte Grafik zur Zusammensetzung von Erdölen und zum Bedarf der Produk-te Demonstrationsexperiment zum Cracken Kraftfahrzeugbenzin – Ver-brennung und Veredelung (Cracken, Reformieren)

Beschreibung und Erläu-terung der Grafik

Benzin aus der Erdöldestil-lation genügt dem Anspruch der heutigen Motoren nicht Einführung der Octanzahl, Wiederaufgreifen der Stoff-klassen Versuchsskizze, Beschreibung und weitge-hend selbstständige Aus-wertung

Wege zum gewünschten Produkt • elektrophile Addition • [nucleophile] Substitution

formulieren Reaktionsschritte einer

elektrophilen Addition und einer

nucleophilen Substitution und erläutern

diese (UF1),

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfol-

gen und Reaktionswegen zur gezielten

Herstellung eines erwünschten Produk-

tes (UF2, UF4).

[erklären Reaktionsabläufe unter dem

Gesichtspunkt der Produktausbeute und

Reaktionsführung (UF4).

klassifizieren organische Reaktionen als

Substitutionen, Additionen, Eliminierun-

gen und Kondensationen (UF3).

Aufgabe zur Synthese des Anti-klopfmittels MTBE: Erhöhen der Klopffestigkeit durch MTBE (ETBE) Säurekatalysierte elektrophile Additi-on von Methanol an 2-Methylpropen (Addition von Ethanol an 2- Methyl-propen)

Übungsaufgabe zur Reaktion von Propen mit Wasser mithilfe einer Säure Abfassen eines Textes zur Beschreibung und Erläuterung der Reaktionsschritte

Übungsbeispiel um Si-cherheit im Umgang mit komplexen Aufgaben- stellungen zu gewinnen, Einzelarbeit betonen Einfluss des I-Effektes her-ausstellen, Lösen der Auf-gabe in Partnerarbeit

57

schätzen das Reaktionsverhalten orga-

nischer Verbindungen aus den Molekül-

strukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer

Effekt) (E3).

vergleichen ausgewählte organische

Verbindungen und entwickeln Hypothe-

sen zu deren Reaktionsverhalten aus

den Molekülstrukturen (u.a. I-Effekt, M-

Effekt, sterischer Effekt) (E3).

verwenden geeignete graphische Dar-

stellungen bei der Erläuterung von

Reaktionswegen und Reaktionsfolgen

(K1, K3).

beschreiben und visualisieren anhand

geeigneter Anschauungsmodelle den

Verlauf ausgewählter chemischer Reakti-

onen in Teilschritten (K3),

bewerten die Grenzen chemischer

Modellvorstellungen über die Struktur

organischer Verbindungen und die

Reaktionsschritte von Synthesen für die

Vorhersage der Bildung von Reaktions-

produkten (B4).

beschreiben und diskutieren aktuelle Entwicklungen im Bereich organischer Werkstoffe und Farbstoffe unter vorge-

58

gebenen und selbstständig gewählten Fragestellungen (K4).


Selbstüberprüfung zu Vorstellungen und Kenntnissen zu „Energieträgern“

Leistungsbewertung:

Darstellen eines chemischen Sachverhalts, Aufstellen von Reaktionsschritten, Beschreibung und Erläuterung von Reaktionsschritten schriftliche Übung

Klausuren/Facharbeit ...


Eine leicht verständliche Darstellung in 15 Minuten zu Aspekten der Entstehung des Erdöls, Suche nach Erdöl, Verarbeitung des Erdöls,

Arbeit auf einer Erdölplattform und einer Havarie eines Erdöltankers findet man im Film „Multitalent Erdöl“ des Schulfernsehens (Planet

Schule): http://www.planet- schule.de/sf/php/02_sen01.php?sendung=6901.

In 6 Kurzfilmen werden auf der Video-DVD (4602475) „Erdölverarbeitung“ die Aspekte: 1. Atmosphärische Destillation (6:30 Min.), 2. Vakuum-destillation (2:10 Min.), 3. Cracken

(5:20 Min.), 4. Entschwefelung (6:30 Min.), 5. Benzinveredlung (6:30 Min.), 6. Schmierölverarbeitung (3:50 Min.) behandelt.

In der Video-DVD „Der Viertakt-Ottomotor“ (4605559) wird in den ersten 8 Minuten das Funktionsprinzip des Motors veranschaulicht.

In der Video-DVD „Der Viertakt-Dieselmotor (4605560) wird in den ersten 8 Minuten das Funktionsprinzip dieses Motors veranschaulicht.

Zur Umweltrelevanz des Stoffes Methyltertiärbutylether (MTBE) unter besonderer Berücksichtigung des Gewässerschutzes finden sich

Informationen des Umwelt Bundesamtes in: http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/grundwasser/mtbe.htm. Die Seite enthält

auch eine Tabelle zum MTBE-Anteil in verschiedenen Benzinsorten.

Zum Einsatz von ETBE findet man Informationen auf: http://www.aral.de/aral/sectiongenericarticle.do?categoryId=9011811&contentId=7022567.

Eine kurze Simulation der Bromierung von Ethen mit Untertexten ist dargestellt in: http://www.chemiekiste.de/Chemiebox/Bromadd.htm.

http://www.planet-schule.de/sf/php/02_sen01.php?sendung=6901


http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/grundwasser/mtbe.htm

http://www.aral.de/aral/sectiongenericarticle.do?categoryId=9011811&contentId=7022567

http://www.chemiekiste.de/Chemiebox/Bromadd.htm

59

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben I Kontext: Wenn das Erdöl zu Ende geht Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:

Phänomene und Sachverhalte im Zusammenhang mit Theorien, übergeordneten Prinzi-pien und Gesetzen der Chemie beschreiben und erläutern (UF1).

zur Lösung chemischer Probleme zielführende Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen chemischen Größen angemessen und begründet auswählen (UF2).

chemische Sachverhalte und Erkenntnisse nach fachlichen Kriterien ordnen und struktu-rieren (UF3).

Zusammenhänge zwischen unterschiedlichen natürlichen bzw. technischen Vorgängen auf der Grundlage eines gut vernetzten chemischen Wissens erschließen und aufzeigen (UF4).


mit Bezug auf Theorien, Konzepte, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten (E3).



Bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachspreche und fachübliche Darstellungsweisen verwenden. (K1)

chemische Sachverhalte und Arbeitsergebnisse unter Verwendung situationsangemes-sener Medien und Darstellungsformen adressatengerecht präsentieren (K3).



Inhaltsfeld: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe Inhaltliche Schwerpunkte: Organische Verbindungen und Reaktionswege Zeitbedarf: ca. 10 Std. (GK) bzw. 15 Std. (LK) à 45 Minuten

60

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben I






UF1 Wiedergabe

UF2 Auswahl


UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen


K1 Dokumentation

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkte): Basiskonzept Struktur-Eigenschaft Basiskonzept Chemisches Gleichgewicht




Beschreiben den Aufbau der Molekü-le (u.a. Strukturisomerie) und die cha-rakteristischen Eigenschaften von Vertretern der Stoffkklassen der Al-kohole, Aldehyde, Ketone, Carbon-säuren und Ester und ihre chemi-schen Reaktionen (u.a. Veresterung Oxidationreihe der Alkohole) (UF1, UF3)

Arbeitsblatt Selbsttest Die Schüler sollen ihren eige-nen Wissenstand über die or-ganische Chemie aus der EF überprüfen

Erdöl, ein Gemisch vielfälti-ger Kohlenwasserstoffe

erklären Stoffeigenschaften mit zwi-schenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-

Demonstration von Erdöl und Erdöl-produkten: Erdöl, Teer, Paraffin, Heiz-öl, Diesel, Superbenzin, Super E10,

Thema: Vom Erdöl zum Su-perbenzin – Kartenabfrage vor Themenformulierung

61

Stoffklassen und Reaktions-typen

zwischenmolekulare Wech-selwirkungen

Stoffklassen

homologe Reihe

Destillation Cracken

Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4). verknüpfen Reaktionen zu Reaktions-folgen und Reaktionswegen zur ge-zielten Herstellung eines erwünschten Produktes (UF2, UF4). erklären Stoffeigenschaften und Reaktionsverhalten mit dem Einfluss der jeweiligen funktionellen Gruppen und sagen Stoffeigenschaften voraus (UF1). erläutern die Planung einer Synthese ausgewählter organischer Verbindun-gen sowohl im niedermolekularen als auch im makromolekularen Bereich (E4). verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3).

erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Roh-stoffen für die Herstellung von Pro-dukten des Alltags und der Technik (B3).

Schwefel Film: Gewinnung von Kohlenwasser-stoffen aus Erdöl Die fraktionierende Destillation Arbeitsblatt mit Destillationsturm Arbeitsblätter zur Vielfalt der Koh-lenwasserstoffe (Einzelarbeit, Korrek-tur in Partnerarbeit) Film: Verbrennung von Kohlenwas-serstoffen im Otto- und Dieselmotor Arbeitsblatt mit Darstellung der Takte

Grafik zur Zusammensetzung von

Erdölen und zum Bedarf der Produkte

Demonstrationsexperiment zum Cracken Kraftfahrzeugbenzin – Ver-brennung und Veredelung (Cracken, Reformieren)

Selbstständige Auswertung des Films mithilfe des Arbeits-blattes; mündliche Darstellung der Destillation, Klärung des Begriffs Fraktion Wdhg.: Summenformel, Struk-turformel, Nomenklatur; Stoff-klassen: Alkane, Cycloalkane, Alkene, Cycloalkene, Alkine, Aromaten (ohne Erklärung der Mesomerie), Nutzung des ein-geführten Schulbuchs Die Karten zu den Arbeitstak-ten müssen ausgeschnitten und in die Chemiemappe ein-geklebt werden, die Takte sind zutreffend zu beschriften, intensives Einüben der Be-schreibung und Erläuterung der Grafik Benzin aus der Erdöldestillati-on genügt dem Anspruch der heutigen Motoren nicht Einführung der Octanzahl, Wiederaufgreifen der Stoff-klassen Versuchsskizze, Beschreibung und weitgehend selbstständige Auswertung

62

Wege zum gewünschten Produkt

elektrophile Addition

Substitution

formulieren Reaktionsschritte einer elektrophile Addition und erläutern diese (UF1). verknüpfen Reaktionen zu Reaktions-folgen und Reaktionswegen zur ge-zielten Herstellung eines erwünsch-ten Produktes (UF2, UF4). klassifizieren organische Reaktionen als Substitutionen, Additionen, Elimi-nierungen und Kondensationen (UF3). schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3). verwenden geeignete graphische Darstellungen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktions-folgen (K1, K3).

Aufgabe zur Synthese des Anti-

klopfmittels MTBE:

Erhöhen der Klopffestigkeit durch

MTBE (ETBE)

Säurekatalysierte elektrophile Addition

von Methanol an 2-Methylpropen (Ad-

dition von Ethanol an 2-Methylpropen)

Übungsaufgabe zur Reaktion von

Propen mit Wasser mithilfe einer Säu-

re

Abfassen eines Textes zur Beschrei-

bung und Erläuterung der Reaktions-

schritte

Elektrophile Addition S. 136 – 139

Radikalische S. S. 132-135

Nucleophile S. S. 140-143

Übungsbeispiel um Sicherheit im Umgang mit komplexen Aufgabenstellungen zu gewin-nen, Einzelarbeit betonen Einfluss des I-Effektes heraus-stellen, Lösen der Aufgabe in Partnerarbeit


Selbstüberprüfung zu Vorstellungen und Kenntnissen zu „Energieträgern“

Leistungsbewertung:

Darstellen eines chemischen Sachverhalts, Aufstellen von Reaktionsschritten, Beschreibung und Erläuterung von Reaktionsschritten

schriftliche Übung

Klausuren/Facharbeit ...


Eine leicht verständliche Darstellung in 15 Minuten zu Aspekten der Entstehung des Erdöls, Suche nach Erdöl, Verarbeitung des Erdöls, Arbeit auf

einer Erdölplattform und einer Havarie eines Erdöltankers findet man im Film „Multitalent Erdöl“ des Schulfernsehens (Planet Schule):

http://www.planet-schule.de/sf/php/02_sen01.php?sendung=6901.

In 6 Kurzfilmen werden auf der Video-DVD (4602475) „Erdölverarbeitung“ die Aspekte: 1. Atmosphärische Destillation (6:30 Min.), 2. Vakuumdes-


63

tillation (2:10 Min.), 3. Cracken (5:20 Min.), 4. Entschwefelung (6:30 Min.), 5. Benzinveredlung (6:30 Min.), 6. Schmierölverarbeitung (3:50 Min.)

behandelt.

In der Video-DVD „Der Viertakt-Ottomotor“ (4605559) wird in den ersten 8 Minuten das Funktionsprinzip des Motors veranschaulicht.

In der Video-DVD „Der Viertakt-Dieselmotor (4605560) wird in den ersten 8 Minuten das Funktionsprinzip dieses Motors veranschaulicht.

Zur Umweltrelevanz des Stoffes Methyltertiärbutylether (MTBE) unter besonderer Berücksichtigung des Gewässerschutzes finden sich Informatio-

nen des Umwelt Bundesamtes in: http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/grundwasser/mtbe.htm. Die Seite einthält auch eine Tabelle

zum MTBE-Anteil in verschiedenen Benzinsorten.

Zum Einsatz von ETBE findet man Informationen auf: http://www.aral.de/aral/sectiongenericarticle.do?categoryId=9011811&contentId=7022567.

Eine kurze Simulation der Bromierung von Ethen mit Untertexten ist dargestellt in: http://www.chemiekiste.de/Chemiebox/Bromadd.htm

http://www.umweltbundesamt.de/wasser/themen/grundwasser/mtbe.htm

http://www.chemiekiste.de/Chemiebox/Bromadd.htm

64

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben II Kontext: Maßgeschneiderte Produkte aus Kunststoffen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft

Eigenschaften Makromolekularer Verbindungen

Polykondensation und radikalische Polymerisation Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:


zur Lösung chemischer Probleme zielführende Definitionen, Konzepte sowie funktionale Beziehungen zwischen chemischen Größen angemessen und begründet auswählen (UF2).




Selbstständig in unterschiedlichen Kontexten chemische Probleme identifizieren, analy-sieren und in Form chemischer Fragestellungen präzisieren. (E1)

Komplexe Apparaturen für Beobachtungen und Messungen erläutern und sachgerecht verwenden. (E2)

mit Bezug auf Theorien, Konzepte, Modelle und Gesetzmäßigkeiten auf deduktive Weise Hypothesen generieren sowie Verfahren zu ihrer Überprüfung ableiten (E3).


Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien durchführen oder deren Durchführung beschrei-ben (E5).


Bei der Dokumentation von Untersuchungen, Experimenten, theoretischen Überlegungen und Problemlösungen eine korrekte Fachspreche und fachübliche Darstellungsweisen verwenden. (K1)

zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publika-tionen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen. (K2)



fachliche, wirtschaftlich-politische und ethische Maßstäbe bei Bewertungen von naturwis-senschaftlich-technischen Sachverhalten unterscheiden und angeben. (B1)

Auseinandersetzungen und Kontroversen zu chemischen und anwendungsbezogenen Problemen differenziert aus verschiedenen Perspektiven darstellen und eigenen Stand-punkte auf der Basis von Sachargumenten vertreten. (B2)

65


begründet die Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Prob-lemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesell-schaftlichen Fragestellungen bewerten (B4).



Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 24 Std. (GK) bzw. 40 Std. (LK) à 45 Minuten

66

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben II


Inhaltsfeld 4: Organische Produkte – Werkstoffe und Farbstoffe



Organische Werkstoffe Zeitbedarf: ca. 24 Std. (GK) bzw. 40 Std. (LK) à 45 Minuten


UF2 Auswahl

UF4 Vernetzung

E3 Hypothesen


E5 Auswertung

K3 Präsentation

B3 Werte und Normen Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft


Konkretisierte Kompetenzerwartungen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ….


Die Vielfalt der Kunst-stoffe im Alltag: Eigenschaften und Verwendung

Eigenschaften von makromolekularen Verbindungen

Thermoplaste

Duromere

Elastomere

zwischenmolekulare Wechselwirkungen

erläutern die Eigenschaften von Polymeren aufgrund der molekularen Strukturen (u.a. Kettenlänge, Vernetzungsgrad) und erklären ihre praktische Verwendung (UF2, UF4). untersuchen Kunststoffe auf ihre Eigenschaf-ten, planen dafür zielgerichtete Experimente (u.a. zum thermischen Verhalten), führen diese durch und werten sie aus (E1, E2, E4, E5). ermitteln Eigenschaften von organischen Werkstoffen und erklären diese anhand der Struktur (u.a. Thermoplaste, Elastomere und Duromere) (E5).

Demonstration: Plastiktüte, PET-Flasche, Joghurtbecher, Schaumstoff, Gehäu-se eines Elektrogeräts (Duromer) S-Exp.: thermische u. a. Eigenschaf-ten von Kunststoffproben Eingangstest: intermolekulare Wechselwirkungen, funktionelle Gruppen, Veresterung Materialien: Kunststoffe aus dem Alltag

Ausgehend von Kunststoffen in Alltagsprodukten werden deren Eigenschaften und Ver-wendungen erläutert. Thermoplaste (lineare und strauchähnlich verzweigte Makromoleküle, Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken; amorphe und kristalline Berei-che), Duromere und Elastomere (Vernetzungsgrad)

67

Vom Monomer zum Polymer: Bau von Polymeren und Kunststoffsynthesen

Reaktionsschritte der radikalischen Poly-merisation

Polykondensation Polyester

Polyamide: Nylonfasern

beschreiben und erläutern die Reaktions-schritte einer radikalischen Polymerisation (UF1, UF3). präsentieren die Herstellung ausgewählter organischer Produkte und Zwischenprodukte unter Verwendung geeigneter Skizzen oder Schemata.(K3) schätzen das Reaktionsverhalten organischer Verbindungen aus den Molekülstrukturen ab (u.a. I-Effekt, sterischer Effekt) (E3). erklären den Aufbau von Makromolekülen aus Monomer-Bausteinen und unterscheiden Kunststoffe aufgrund ihrer Synthese als Polymerisate oder Polykondensate (u.a. Po-lyester, Polyamide) (UF1, UF3). erläutern die Planung der Synthese ausge-wählter organischer Verbindungen sowohl im niedermolekularen als auch im makromoleku-laren Bereich (E4).

Schülerexperimente:

Polymerisation von Styrol

Polykondensation: Synthese ein-facher Polyester aus Haushalts-chemikalien, z.B. Polymilchsäure oder Polycitronensäure.

„Nylonseiltrick“ Schriftliche Überprüfung

Während der Unterrichtsreihe kann an vielen Stellen der Be-zug zum Kontext Plastikge-schirr hergestellt werden. Polystyrol ist Werkstoff für Plastikgeschirr. Reaktionsschritte der radikal-ischen Polymerisation können in Lernprogrammen erarbeitet werden.

Kunststoffverarbeitung Verfahren, z.B.:

Spritzgießen

Extrusionsblasformen

Fasern spinnen Geschichte der Kunst-stoffe

recherchieren zur Herstellung, Verwendung und Geschichte ausgewählter organischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3).

Einsatz von Filmen und Animatio-nen zu den Verarbeitungsprozessen.

Internetrecherche zu den ver-schiedenen Verarbeitungsver-fahren möglich. Die Geschichte ausgewählter Kunststoffe kann in Form von Referaten erarbeitet werden.

Maßgeschneiderte Kunststoffe: Struktur-Eigenschafts-

verknüpfen Reaktionen zu Reaktionsfolgen und Reaktionswegen zur gezielten Herstel-lung eines erwünschten Produktes (UF2,

Recherche: Syntheseweg zur Herstellung von SAN aus Basischemikalien.

Als Beispiel für maßgeschnei-derte Kunststoffe eignen sich Copolymerisate des Polysty-

68

beziehungen von Kunst-stoffen mit besonderen Eigenschaften und deren Synthesewege aus Basischemikalien z.B.:

SAN: Styrol- Acrylnitril- Coplymerisate

Cyclodextrine

Superabsorber

UF4). verwenden geeignete graphische Darstellun-gen bei der Erläuterung von Reaktionswegen und Reaktionsfolgen (K1, K3). demonstrieren an ausgewählten Beispielen mit geeigneten Schemata den Aufbau und die Funktion „maßgeschneiderter“ Moleküle (K3).

Modifikation der Werkstoffeigenschaf-ten von Polystyrol durch Copolymerisation mit Acrylnitril. Flussdiagramme zur Veranschauli-chung von Reaktionswegen Arbeitsteilige Projektarbeit zu wei-teren ausgewählten Kunststoffen, z.B.: Superabsorber, Cyclodextrine. S-Präsentationen z.B. in Form von Postern mit Museumsgang.

rols, z.B. SAN. Die Schülergruppen informie-ren sich über die Synthesewe-ge, die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und die Verwen-dung weiterer Kunststoffe und präsentieren ihre Ergebnisse. Zur arbeitsteiligen Gruppenar-beit können auch kleine S-Experimente durchgeführt werden.

Kunststoffmüll ist wert-voll: Kunststoffverwertung

stoffliche Verwertung

rohstoffliche V.

energetische V. Ökonomische und ökolo-gische Aspekte zum Ein-satz von Einweggeschirr aus Polymilchsäure, Polystyrol oder Belland-Material.

erläutern und bewerten den Einsatz von Erdöl und nachwachsenden Rohstoffen für die Her-stellung von Produkten des Alltags und der Technik (B3). diskutieren Wege zur Herstellung ausgewähl-ter Alltagsprodukte (u.a. Kunststoffe) bzw. industrieller Zwischenprodukte aus ökonomi-scher und ökologischer Perspektive (B1, B2, B3). beurteilen Nutzen und Risiken ausgewählter Produkte der organischen Chemie unter vor-gegebenen Fragestellungen (B4).

Schüler-Experiment: Herstellung von Stärkefolien Podiumsdiskussion: z.B. zum The-ma „Einsatz von Plastikgeschirr Ein-weggeschirr auf öffentlichen Veran-staltungen!“

Fächerübergreifender As-pekt: Plastikmüll verschmutzt die Meere (Biologie: Ökologie). Einsatz von Filmen zur Visua-lisierung der Verwertungspro-zesse.


Schriftliche Überprüfung zum Eingang, Präsentationen

Leistungsbewertung:

Präsentationen (Referate, Poster, Podiumsdiskussion), schriftliche Übung, Anteil an Gruppenarbeiten

Beispielhafte Hinweise zu weiterführenden Informationen: Allgemeine Informationen und Schulexperimente:http://www.seilnacht.com www.chemieunterricht.de/dc2/plaste/

http://www.seilnacht.com/

http://www.chemieunterricht.de/dc2/plaste/

69

Experimentiervorschrift zum Einbetten von kleinen Gegenständen in Polystyrol:

http://www.educ.ethz.ch/unt/um/che/boc/polystyrol/index Internetauftritt des Verbands der Kunststofferzeuger mit umfangreichem Material für Schulen. Neben Filmen und Animationen finden sich auch Un-terrichtseinheiten zum Download: http://www.plasticseurope.de/Document/animation-vom-rohol-zum-kunststoff.aspx Informationen zur Herstellung von PET-Flaschen: http://www.forum-pet.de Umfangreiche Umterrichtsreihe zum Thema Kunststoffe mit Materialien zum Belland-Material: http://www.chik.die-sinis.de/Unterrichtsreihen_12/B__Organik/Belland.pdf Film zum Kunststoffrecycling und Informationen zum grünen Punkt: http://www.gruener-punkt.de/corporate/presse/videothek.html

http://www.educ.ethz.ch/unt/um/che/boc/polystyrol/index

http://www.forum-pet.de/

http://www.chik.die-sinis.de/Unterrichtsreihen_12/B__Organik/Belland.pdf

http://www.gruener-punkt.de/corporate

70

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben III Kontext: Bunte Kleidung Basiskonzepte (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft

Benzol als aromatisches System und elektrophile Erstsubstitution

Molekülstruktur und Farbigkeit

Zwischenmolekulare Wechselwirkungen Basiskonzept Energie

Spektrum und Lichtabsorption

Energiestufenmodell zur Lichtabsorption Schwerpunkte übergeordneter Kompetenzerwartungen: Die Schülerinnen und Schüler können Kompetenzbereich Umgang mit Fachwissen:





Experimente mit Bezug auf ihre Zielsetzungen erläutern und diese zielbezogen unter Beachtung fachlicher Qualitätskriterien durchführen oder deren Durchführung beschrei-ben (E5).

Modelle entwickeln sowie mithilfe von theoretischen Modellen, mathematischen Modellie-rungen, Gedankenexperimenten und Simulationen chemische Prozesse erklären oder vorhersagen (E6).

bedeutende naturwissenschaftliche Prinzipien reflektieren sowie Veränderungen in Denk- und Arbeitsweisen in ihrer historischen und kulturellen Entwicklung darstellen (E7).


zu chemischen und anwendungsbezogenen Fragestellungen relevante Informationen und Daten in verschiedenen Quellen, auch in ausgewählten wissenschaftlichen Publika-tionen, recherchieren, auswerten und vergleichend beurteilen. (K2)



begründet die Möglichkeiten und Grenzen chemischer und anwendungsbezogener Prob-lemlösungen und Sichtweisen bei innerfachlichen, naturwissenschaftlichen und gesell-schaftlichen Fragestellungen bewerten (B4).


Farbstoffe und Farbigkeit Zeitbedarf: ca. 26 Std. (GK) bzw. 35 Std. (LK) à 45 Minuten

71

Q2 Grundkurs / Leistungskurs - Unterrichtsvorhaben III





Farbstoffe und Farbigkeit



UF1 Wiedergabe


UF4 Vernetzung

E5 Auswertung

E6 Modelle


K2 Recherche

K3 Präsentation


Basiskonzept (Schwerpunkt): Basiskonzept Struktur – Eigenschaft, Basiskonzept Energie


Konkretisierte Kompetenzerwartun-gen des Kernlehrplans Die Schülerinnen und Schüler ….


Farbige Textilien - Farbigkeit und Licht - Absorptionsspek-

trum - Farbe und Struktur

erläutern Zusammenhänge zwischen Lichtabsorption und Farbigkeit fach-sprachlich angemessen (K3). werten Absorptionsspektren fotometri-scher Messungen aus und interpretieren die Ergebnisse (E5)

Bilder: Textilfarben – gestern und heute im Vergleich Erarbeitung: Licht und Farbe, Fach-begriffe Experiment: Fotometrie und Absorpti-onsspektren Arbeitsblatt: Molekülstrukturen von farbigen organischen Stoffen im Ver-gleich

Fotometrische Messungen

72

Der Benzolring - Struktur des Ben-

zols - Benzol als aromati-

sches System - Reaktionen des

Benzols - Elektrophile Substi-

tution

beschreiben die Struktur und Bindungs-verhältnisse aromatischer Verbindungen mithilfe mesomerer Grenzstrukturen und erläutern Grenzen dieser Modellvorstel-lungen (E6, E7). erklären die elektrophile Erstsubstitution am Benzol und deren Bedeutung als Beleg für das Vorliegen eines aromati-schen Systems (UF1, UF3).

Film: Das Traummolekül - August Kekulé und der Benzolring (FWU) Molekülbaukasten: Ermittlung mögli-cher Strukturen für Dibrombenzol Info: Röntgenstruktur Erarbeitung: elektrophile Substitution am Benzol Arbeitsblatt: Vergleich der elektrophilen Substitution mit der elektrophilen Addition Trainingsblatt: Reaktionsschritte

Gelegenheit zur Wiederholung der Reaktionsschritte aus Q1

Vom Benzol zum Azo-farbstoff

- Farbige Derivate des Benzols

- Konjugierte Doppel-bindungen

- Donator-/ Akzeptorgruppen

- Mesomerie - Azogruppe

erklären die Farbigkeit von vorgegebe-nen Stoffen (u.a. Azofarbstoffe) durch Lichtabsorption und erläutern den Zu-sammenhang zwischen Farbigkeit und Molekülstruktur mithilfe des Mesomeriemodells (mesomere Grenz-strukturen, Delokalisation von Elektro-nen, Donator-/ Akzeptorgruppen) (UF1, E6). erklären vergleichend die Struktur und deren Einfluss auf die Farbigkeit ausge-wählter organischer Farbstoffe (u.a. Azo-farbstoffe) (E6).

Lehrerinfo: Farbigkeit durch Substi-tuenten Einfluss von Donator-/ Akzeptorgruppen, konjugierten Dop-pelbindungen Erarbeitung: Struktur der Azofarbstof-fe Arbeitsblatt: Zuordnung von Struktur und Farbe verschiedener Azofarbstoffe

Herstellung eines Azofarbstof-fes

Welche Farbe für welchen Stoff?

- ausgewählte Textil-fasern

- bedeutsame Textil-

erklären Stoffeigenschaften mit zwi-schenmolekularen Wechselwirkungen (u.a. Van-der-Waals-Kräfte, Dipol-Dipol-Kräfte, Wasserstoffbrücken) (UF3, UF4).

Lehrerinfo: Textilfasern Arbeitsteilige Gruppenarbeit: Färben von Textilien, u.a. mit Indigo, einem Azofarbstoff

Rückgriff auf die Kunststoff-chemie (z.B. Polyester) Färben mit einem Azofarbstoff

73

farbstoffe - Wechselwirkung

zwischen Faser und Farbstoff

- Vor- und Nachteile bei Herstellung und Anwendung

beurteilen Nutzen und Risiken ausge-wählter Produkte der organischen Che-mie unter vorgegebenen Fragestellungen (B4). recherchieren zur Herstellung, Verwen-dung und Geschichte ausgewählter or-ganischer Verbindungen und stellen die Ergebnisse adressatengerecht vor (K2, K3).

Erstellung von Plakaten

Herstellen von Indigo und Fär-ben mit Indigo Möglichkeiten zur Wiederho-lung und Vertiefung:

- pH-Wert und der Ein-fluss auf die Farbe

- zwischenmolekulare Wechselwirkungen

- Herstellung und Verar-beitung von Kunststof-fen


Trainingsblatt zu Reaktionsschritten

Leistungsbewertung:

Klausur, Präsentation der Gruppenergebnisse


Zahlreiche Informationen zu Farbe und Farbstoffen sind z.B. im folgenden Lexikon zusammengestellt:

http://www.seilnacht.com/Lexikon/FLexikon.htm Auch zu aktuelleren Entwicklungen findet man Material: http://www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/funktionelle+Farben.html

http://www.seilnacht.com/Lexikon/FLexikon.htm

http://www.max-wissen.de/Fachwissen/show/0/Heft/funktionelle+Farben.html

74

2.2 Grundsätze der fachmethodischen und fachdidaktischen Arbeit

In Absprache mit der Lehrerkonferenz sowie unter Berücksichtigung des Schulprogramms hat die Fachkonferenz Chemie die folgenden fachmethodischen und fachdidaktischen Grundsätze beschlossen. In diesem Zusammenhang beziehen sich die Grundsätze 1 bis 14 auf fächerübergreifende Aspekte, die auch Gegenstand der Qualitätsanalyse sind, die Grundsätze 15 bis 27 sind fachspezifisch angelegt.

Überfachliche Grundsätze:

1.) Geeignete Problemstellungen zeichnen die Ziele des Unterrichts vor und bestimmen die Struktur der Lernprozesse.

2.) Inhalt und Anforderungsniveau des Unterrichts entsprechen dem Leistungsvermögen der Schülerinnen und Schüler.

3.) Die Unterrichtsgestaltung ist auf die Ziele und Inhalte abgestimmt. 4.) Medien und Arbeitsmittel sind lernernah gewählt. 5.) Die Schülerinnen und Schüler erreichen einen Lernzuwachs. 6.) Der Unterricht fördert und fordert eine aktive Teilnahme der Lernenden. 7.) Der Unterricht fördert die Zusammenarbeit zwischen den Lernenden und bietet ihnen

Möglichkeiten zu eigenen Lösungen. 8.) Der Unterricht berücksichtigt die individuellen Lernwege der einzelnen Schülerinnen

und Schüler. 9.) Die Lernenden erhalten Gelegenheit zu selbstständiger Arbeit und werden dabei unter-

stützt. 10.) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Einzel-, Partner- bzw. Gruppenarbeit

sowie Arbeit in kooperativen Lernformen. 11.) Der Unterricht fördert strukturierte und funktionale Arbeit im Plenum. 12.) Die Lernumgebung ist vorbereitet; der Ordnungsrahmen wird eingehalten. 13.) Die Lehr- und Lernzeit wird intensiv für Unterrichtszwecke genutzt. 14.) Es herrscht ein positives pädagogisches Klima im Unterricht. Fachliche Grundsätze:

15.) Der Chemieunterricht ist problemorientiert und an Unterrichtsvorhaben und Kontexten ausgerichtet.

16.) Der Chemieunterricht ist kognitiv aktivierend und verständnisfördernd. 17.) Der Chemieunterricht unterstützt durch seine experimentelle Ausrichtung Lernprozesse

bei Schülerinnen und Schülern. 18.) Im Chemieunterricht wird durch Einsatz von Schülerexperimenten Umwelt- und Ve-

rantwortungsbewusstsein gefördert und eine aktive Sicherheits- und Umwelterziehung erreicht.

19.) Der Chemieunterricht ist kumulativ, d.h., er knüpft an die Vorerfahrungen und das Vor-wissen der Lernenden an und ermöglicht den Erwerb von Kompetenzen.

20.) Der Chemieunterricht fördert vernetzendes Denken und zeigt dazu eine über die ver-schiedenen Organisationsebenen bestehende Vernetzung von chemischen Konzepten und Prinzipien mithilfe von Basiskonzepten auf.

75

21.) Der Chemieunterricht folgt dem Prinzip der Exemplarizität und gibt den Lernenden die Gelegenheit, Strukturen und Gesetzmäßigkeiten möglichst anschaulich in den ausge-wählten Problemen zu erkennen.

22.) Der Chemieunterricht bietet nach Erarbeitungsphasen immer auch Phasen der Meta-kognition, in denen zentrale Aspekte von zu erlernenden Kompetenzen reflektiert wer-den.

23.) Im Chemieunterricht wird auf eine angemessene Fachsprache geachtet. Schülerinnen und Schüler werden zu regelmäßiger, sorgfältiger und selbstständiger Dokumentation der erarbeiteten Unterrichtsinhalte angehalten.

24.) Der Chemieunterricht ist in seinen Anforderungen und im Hinblick auf die zu erreichen-den Kompetenzen und deren Teilziele für die Schülerinnen und Schüler transparent.

25.) Im Chemieunterricht werden Diagnoseinstrumente zur Feststellung des jeweiligen Kompetenzstandes der Schülerinnen und Schüler durch die Lehrkraft, aber auch durch den Lernenden selbst eingesetzt.

26.) Der Chemieunterricht bietet immer wieder auch Phasen der Übung und des Transfers auf neue Aufgaben und Problemstellungen.

27.) Der Chemieunterricht bietet die Gelegenheit zum regelmäßigen wiederholenden Üben sowie zu selbstständigem Aufarbeiten von Unterrichtsinhalten.

76

2.3 Grundsätze der Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung3

Auf der Grundlage von § 48 SchulG, § 13 APO-GOSt sowie Kapitel 3 des Kernlehrplans Chemie hat die Fachkonferenz im Einklang mit dem entsprechenden schulbezogenen Kon-zept die nachfolgenden Grundsätze zur Leistungsbewertung und Leistungsrückmeldung be-schlossen. Die nachfolgenden Absprachen stellen die Minimalanforderungen an das lern-gruppenübergreifende gemeinsame Handeln der Fachgruppenmitglieder dar. Bezogen auf die einzelne Lerngruppe kommen ergänzend weitere der in den Folgeabschnitten genannten Instrumente der Leistungsüberprüfung zum Einsatz. Überprüfungsformen In Kapitel 3 des KLP GOSt Chemie werden Überprüfungsformen in einer nicht abschließen-den Liste vorgeschlagen. Diese Überprüfungsformen zeigen Möglichkeiten auf, wie Schüler-kompetenzen nach den oben genannten Anforderungsbereichen sowohl im Bereich der „sonstigen Mitarbeit“ als auch im Bereich „Klausuren“ überprüft werden können Beurteilungsbereich: Sonstige Mitarbeit

Folgende Aspekte sollen bei der Leistungsbewertung der sonstigen Mitarbeit eine Rolle spie-len (die Liste ist nicht abschließend):

Sicherheit, Eigenständigkeit und Kreativität beim Anwenden fachspezifischer Metho-den und Arbeitsweisen

Verständlichkeit und Präzision beim zusammenfassenden Darstellen und Erläutern von Lösungen einer Einzel-, Partner-, Gruppenarbeit oder einer anderen Sozialform sowie konstruktive Mitarbeit bei dieser Arbeit

Klarheit und Richtigkeit beim Veranschaulichen, Zusammenfassen und Beschreiben chemischer Sachverhalte

sichere Verfügbarkeit chemischen Grundwissens

situationsgerechtes Anwenden geübter Fertigkeiten

angemessenes Verwenden der chemischen Fachsprache

konstruktives Umgehen mit Fehlern

fachlich sinnvoller, sicherheitsbewusster und zielgerichteter Umgang mit Experimen-talmaterialien

zielgerichtetes Beschaffen von Informationen

Erstellen von nutzbaren Unterrichtsdokumentationen, ggf. Portfolio

Klarheit, Strukturiertheit, Fokussierung, Zielbezogenheit und Adressatengerechtigkeit von Präsentationen, auch mediengestützt

sachgerechte Kommunikationsfähigkeit in Unterrichtsgesprächen, Kleingruppenarbei-ten und Diskussionen

Einbringen kreativer Ideen

fachliche Richtigkeit bei kurzen, auf die Inhalte weniger vorangegangener Stunden beschränkten schriftlichen Überprüfungen

3 siehe auch „Rahmenkonzept zur Leistungsbeurteilung“ des SGE, insbesondere Pkt. 2 und 3.

77

Beurteilungsbereich: Klausuren

Verbindliche Absprache:

Die Aufgaben für Klausuren in parallelen Kursen werden im Vorfeld abgesprochen und nach Möglichkeit gemeinsam gestellt.

Für Aufgabenstellungen mit experimentellem Anteil gelten die Regelungen, die in Kapitel 3 des KLP formuliert sind.

Einführungsphase:

Es wird je eine Klausur (90 Minuten) im ersten und zweiten Halbjahr geschrieben.

Qualifikationsphase 1:

Zwei Klausuren pro Halbjahr (je 90 Minuten im GK und je 135 Minuten im LK), wobei die erste Klausur im 2. Halbjahr durch eine Facharbeit ersetzt werden kann.

Qualifikationsphase 2.1:

Zwei Klausuren pro Halbjahr (je 135 Minuten im GK und je 180 Minuten im LK).

Qualifikationsphase 2.2:

Eine Klausur, die – was den formalen Rahmen angeht – unter Abiturbedingungen geschrie-ben wird. Wird das Fach Chemie als viertes Prüfungsfach gewählt, entfällt diese Klausur.

Die Leistungsbewertung in den Klausuren wird mit Blick auf die schriftliche Abiturprüfung mit Hilfe eines Kriterienrasters („Erwartungshorizont“) durchgeführt, welches neben den inhalts-bezogenen Teilleistungen auch darstellungsbezogene Leistungen ausweist. Dieser Erwar-tungshorizont wird den korrigierten Klausuren beigelegt und Schülerinnen und Schülern auf diese Weise transparent gemacht.

Die Zuordnung der Hilfspunkte zu den Notenstufen orientiert sich in der Qualifikationsphase am Zuordnungsschema des Zentralabiturs. Die Note ausreichend soll bei Erreichen von ca. 50 % der Hilfspunkte erteilt werden. Von dem Zuordnungsschema kann abgewichen werden, wenn sich z.B. besonders originelle Teillösungen nicht durch Hilfspunkte gemäß den Kriteri-en des Erwartungshorizonts abbilden lassen oder eine Abwertung wegen besonders schwa-cher Darstellung angemessen erscheint,

Grundsätze der Leistungsrückmeldung und Beratung:

Für Präsentationen, Arbeitsprotokolle, Dokumentationen und andere Lernprodukte der sonstigen Mitarbeit erfolgt eine Leistungsrückmeldung, bei der inhalts- und darstellungsbe-zogene Kriterien angesprochen werden. Hier werden zentrale Stärken als auch Optimie-rungsperspektiven für jede Schülerin bzw. jeden Schüler hervorgehoben. Die Leistungsrückmeldungen bezogen auf die mündliche Mitarbeit erfolgen auf Nachfrage der Schülerinnen und Schüler außerhalb der Unterrichtszeit, spätestens aber in Form von

78

mündlichem Quartalsfeedback oder Eltern-/Schülersprechtagen. Auch hier erfolgt eine indi-viduelle Beratung im Hinblick auf Stärken und Verbesserungsperspektiven.

Für jede mündliche Abiturprüfung (im 4. Fach oder bei Abweichungs- bzw. Bestehensprüfungen im 1. bis 3. Fach) wird ein Erwartungshorizont für den ersten und zwei-ten Prüfungsteil vorgelegt, aus dem auch deutlich die Kriterien für eine gute und eine ausrei-chende Leistung hervorgehen. 2.4 Lehr- und Lernmittel

Für den Chemieunterricht in der Sekundarstufe II ist am Städtischen Gymnasium Erwitte derzeit das Schulbuch aus der Reihe „Chemie 2000+“ (Buchner Verlag) eingeführt.

Die Schülerinnen und Schüler arbeiten die im Unterricht behandelten Inhalte in häuslicher Arbeit nach.

Unterstützende Materialien sind z.B. über die angegebenen Links bei den konkretisierten Unterrichtsvorhaben angegeben. Diese findet man unter:

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/lehrplaene/lehrplannavigator-s-ii/

http://www.standardsicherung.schulministerium.nrw.de/lehrplaene/lehrplannavigator-s-ii/

79

3 Entscheidungen zu fach- und unterrichts-übergreifenden Fragen

Die Fachkonferenz Chemie hat sich im Rahmen des Schulprogramms für folgende zentrale Schwerpunkte entschieden:

Zusammenarbeit mit anderen Fächern

Durch die unterschiedliche Belegung von Fächern können Schülerinnen und Schüler Aspek-te aus anderen Kursen mit in den Chemieunterricht einfließen lassen. Es wird Wert darauf gelegt, dass in bestimmten Fragestellungen die Expertise einzelner Schülerinnen und Schü-ler gesucht wird, die aus einem von ihnen belegten Fach genauere Kenntnisse mitbringen und den Unterricht dadurch bereichern.

Vorbereitung auf die Erstellung der Facharbeit

Um eine einheitliche Grundlage für die Erstellung und Bewertung der Facharbeiten in der Jahrgangsstufe Q1 zu gewährleisten, findet im Vorfeld des Bearbeitungszeitraums ein fach-übergreifender Projekttag statt. Die AG Facharbeit hat schulinterne Kriterien für die Erstel-lung einer Facharbeit angefertigt, die die unterschiedlichen Arbeitsweisen in den Fachberei-chen berücksichtigen. Im Verlauf des Projekttages werden den Schülerinnen und Schülern in einer zentralen Veranstaltung und in Gruppen diese schulinternen Kriterien vermittelt.

Exkursionen

In der Gymnasialen Oberstufe sollen in Absprache mit der Stufenleitung nach Möglichkeit unterrichtsbegleitende Exkursionen durchgeführt werden. Diese sollen im Unterricht vor- bzw. nachbereitet werden. Die Fachkonferenz hält folgende Exkursionen für sinnvoll:

EF: Besuch der Fa. Spenner Zement, Erwitte

Q1: Besuch der Fa. Hoppecke Batterien, Brilon

Über die Erfahrungen wird in den Fachkonferenzen berichtet.

80

4 Qualitätssicherung und Evaluation

Evaluation des schulinternen Curriculums Das schulinterne Curriculum stellt keine starre Größe dar, sondern ist als „lebendes Doku-ment“ zu betrachten. Dementsprechend werden die Inhalte stetig überprüft, um ggf. Modifi-kationen vornehmen zu können. Die Fachkonferenz trägt durch diesen Prozess zur Quali-tätsentwicklung und damit zur Qualitätssicherung des Faches Chemie bei. Die Evaluation erfolgt jährlich. Zu Schuljahresbeginn werden die Erfahrungen des vergange-nen Schuljahres in der Fachschaft gesammelt, bewertet und eventuell notwendige Konse-quenzen und Handlungsschwerpunkte formuliert.

81

Kriterien Ist-Zustand

Auffälligkei-ten

Änderun-gen/ Konsequen-zen/ Perspektiv-planung

Wer (Verantwort-lich)

Bis wann (Zeitrahmen)

Funktionen

Fachvorsitz 10-2014

Stellvertreter 10-2014

Sonstige Funktionen (im Rahmen der schulprogrammati-schen fächerübergreifenden Schwer-punkte)

unbefristet

Ressourcen

personell Fachlehrer/in

Lerngruppen

Lerngruppengröße

…

räumlich Fachraum

Bibliothek

Computerraum

Raum für Fachteamarb.

…

materiell/ sachlich

Lehrwerke

Fachzeitschriften

…

zeitlich Abstände Fachteamarbeit

Dauer Fachteamarbeit

…

Unterrichtsvorhaben

Leistungsbewertung/ Einzelinstrumente

Leistungsbewertung/Grundsätze

Documents

Chemie Stand: September 2017 - gymnasium-erwitte.de · In der Oberstufe sind die Unterrichtseinheiten in der Regel als Doppelstunden und / oder ... Raum) mit den anderen beiden Naturwissenschaften